Nuklearni raketni motori. Krstareća raketa na nuklearni pogon

Prva faza je poricanje

Njemački raketni stručnjak Robert Schmucker smatrao je izjave V. Putina potpuno nevjerojatnima. “Ne mogu zamisliti da Rusi mogu napraviti mali leteći reaktor”, rekao je stručnjak u intervjuu za Deutsche Welle.

Mogu, Herr Schmucker. Samo zamisli.

Prvi domaći satelit s nuklearnom elektranom (“Cosmos-367”) lansiran je s Bajkonura davne 1970. godine. 37 gorivnih sklopova malog reaktora BES-5 Buk, koji sadrži 30 kg urana, pri temperaturi u primarnom krugu od 700 ° C i oslobađanju topline od 100 kW, osigurali su 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 premala... Ali! Pogledajte datum: to je bilo prije pola stoljeća.

Niska učinkovitost je posljedica termionske pretvorbe. S drugim oblicima prijenosa energije pokazatelji su puno veći, na primjer, za nuklearne elektrane vrijednost učinkovitosti je u rasponu od 32-38%. U tom smislu, toplinska snaga “svemirskog” reaktora je od posebnog interesa. 100 kW je ozbiljna ponuda za pobjedu.

Vrijedno je napomenuti da BES-5 "Buk" ne pripada obitelji RTG-ova. Radioizotopni termoelektrični generatori pretvaraju energiju prirodnog raspada atoma radioaktivnih elemenata i imaju zanemarivu snagu. Ujedno, Buk je pravi reaktor s kontroliranom lančanom reakcijom.

Sljedeća generacija sovjetskih reaktora male veličine, koja se pojavila u kasnim 1980-ima, odlikovala se još manjim dimenzijama i većim oslobađanjem energije. Bio je to jedinstveni Topaz: u usporedbi s Bukom, količina urana u reaktoru smanjena je tri puta (na 11,5 kg). Toplinska snaga porasla je za 50% i iznosila je 150 kW, kontinuirano vrijeme rada doseglo je 11 mjeseci (reaktor ovog tipa instaliran je na brodu izviđačkog satelita Cosmos-1867).

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

Godine 1992. dva preostala primjerka malih reaktora serije Topaz prodana su u SAD-u za 13 milijuna dolara.

Glavno pitanje je: imaju li takve instalacije dovoljno snage da se koriste kao raketni motori? Prolaskom radnog fluida (zraka) kroz vruću jezgru reaktora i dobivanjem 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 bi se koristila kao pogonski motor za krstareću raketu slične veličine X-101?

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

Pronalaženje snage također nije teško. N=F×V.

Prema službenim podacima, krstareće rakete Kha-101, poput obitelji raketa Kalibr, opremljene su kratkotrajnim turboventilatorskim motorom-50 koji razvija potisak od 450 kgf (≈ 4400 N). Brzina krstarećeg projektila je 0,8M, odnosno 270 m/s. Idealna izračunata učinkovitost turbomlaznog bajpas motora je 30%.

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

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

Raketa iz pakla

"Ovo je sve iznenađenje - krstareća raketa na nuklearni pogon", rekao je Douglas Barry, viši suradnik na Međunarodnom institutu za strateške studije u Londonu. “Ova ideja nije nova, o njoj se govorilo 60-ih godina, ali je naišla na mnoge prepreke.”

Nisu samo pričali o tome. Tijekom testiranja 1964. nuklearni ramjet motor Tori-IIC razvio je potisak od 16 tona uz toplinsku snagu reaktora od 513 MW. Simulirajući nadzvučni let, instalacija je potrošila 450 tona komprimiranog zraka u pet minuta. Reaktor je dizajniran da bude vrlo “vruć” - radna temperatura u jezgri dosegla je 1600°C. Dizajn je imao vrlo uske tolerancije: u nizu područja dopuštena temperatura bila je samo 150-200 °C ispod temperature na kojoj su se elementi rakete topili i raspadali.

Jesu li ovi pokazatelji bili dovoljni za korištenje mlaznih motora na nuklearni pogon kao motora u praksi? Odgovor je očit.

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

"Poligon-401", nuklearni ramjet testovi

Eksperimentalne instalacije "Tori-IIA" i "-IIC" su prototipovi nuklearnog motora krstarećeg projektila SLAM.

Đavolski izum, sposoban, prema izračunima, probiti 160 000 km svemira na minimalnoj visini pri brzini od 3M. Doslovno je udarnim valom i udarom groma od 162 dB (smrtonosna vrijednost za ljude) "pokosila" sve koji su se sreli na njenom žalosnom putu.

Reaktor borbenog zrakoplova nije imao nikakvu biološku zaštitu. Puknuti bubnjići nakon preleta SLAM-a činili bi se beznačajnima u usporedbi s radioaktivnim emisijama iz mlaznice rakete. Leteće čudovište za sobom je ostavilo trag širine više od kilometra s dozom zračenja od 200-300 rad. Procjenjuje se da je SLAM kontaminirao 1800 četvornih milja smrtonosnom radijacijom u jednom satu leta.

Prema izračunima, duljina letjelice mogla bi doseći 26 metara. Težina lansiranja - 27 tona. Borbeno opterećenje bila su termonuklearna punjenja, koja su morala biti uzastopno odbačena na nekoliko sovjetskih gradova duž rute leta projektila. Nakon izvršenja glavnog zadatka, SLAM je trebao još nekoliko dana kružiti nad teritorijem SSSR-a, zagađujući sve oko sebe radioaktivnim emisijama.

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

Projekt kodnog naziva "Pluton" otkazan je 1. srpnja 1964. godine. Istodobno, prema riječima jednog od developera SLAM-a, J. Cravena, nitko od američkog vojnog i političkog vodstva nije požalio zbog te odluke.

Razlog odustajanja od "niskoletećeg nuklearnog projektila" bio je razvoj interkontinentalnih balističkih projektila. Sposoban je uzrokovati potrebnu štetu u kraćem vremenu s neusporedivim rizicima za samu vojsku. Kao što su autori objave u časopisu Air&Space s pravom primijetili: ICBM, barem, nije ubio sve koji su bili u blizini lansera.

Još uvijek nije poznato tko je, gdje i kako planirao testirati zloduha. I tko bi bio odgovoran da je SLAM skrenuo s kursa i preletio Los Angeles. Jedan od suludih prijedloga je predlagao vezanje rakete na sajlu i vožnju u krug iznad pustih područja države. Nevada. No, odmah se postavilo još jedno pitanje: što učiniti s raketom kada u reaktoru izgore i posljednji ostaci goriva? Mjestu gdje SLAM “sleti” neće se prići stoljećima.

Život ili smrt. Konačan izbor

Za razliku od mističnog "Plutona" iz 1950-ih, projekt modernog nuklearnog projektila, koji je izrazio V. Putin, predlaže stvaranje učinkovitog sredstva za probijanje američkog sustava proturaketne obrane. Uzajamno zajamčeno uništenje je najvažniji kriterij za nuklearno odvraćanje.

Transformacija klasične "nuklearne trijade" u đavolski "pentagram" - uz uključivanje nove generacije dostavnih vozila (nuklearne krstareće rakete neograničenog dometa i strateška nuklearna torpeda "status-6"), zajedno s modernizacijom ICBM bojevih glava ( manevriranje "Avangarda"), razuman je odgovor na pojavu novih prijetnji. Politika proturaketne obrane Washingtona ne ostavlja Moskvi drugog izbora.

“Vi razvijate svoje proturaketne sustave. Povećava se domet proturaketa, povećava se točnost, to oružje se usavršava. Stoga na to trebamo adekvatno odgovoriti kako bismo mogli savladati sustav ne samo danas, nego i sutra, kada budete imali nova oružja.”

V. Putin u intervjuu za NBC.

Deklasificirani detalji pokusa u okviru programa SLAM/Pluton uvjerljivo dokazuju da je stvaranje nuklearnog krstarećeg projektila bilo moguće (tehnički izvedivo) prije šest desetljeća. Moderne tehnologije omogućuju nam da podignemo ideju na novu tehničku razinu.

Mač rđa od obećanja

Unatoč masi očitih činjenica koje objašnjavaju razloge za pojavu "predsjedničkog superoružja" i otklanjaju sve sumnje o "nemogućnosti" stvaranja takvih sustava, još uvijek postoji mnogo skeptika u Rusiji, kao iu inozemstvu. "Sva navedena oružja samo su sredstva informacijskog rata." A onda - niz prijedloga.

Vjerojatno ne treba ozbiljno shvaćati karikirane “stručnjake” kao što je I. Moiseev. Voditelj Instituta za svemirsku politiku (?), koji je rekao internetskoj publikaciji The Insider: “Ne možete staviti nuklearni motor na krstareću raketu. A takvih motora nema.”

Pokušaji “raskrinkavanja” predsjedničinih izjava rade se i na ozbiljnijoj analitičkoj razini. Takve “istrage” odmah postaju popularne u liberalno orijentiranoj javnosti. Skeptici daju sljedeće argumente.

Svi najavljeni sustavi odnose se na strateško top-tajno oružje čije postojanje nije moguće provjeriti niti opovrgnuti. (U samoj poruci Saveznoj skupštini prikazana je računalna grafika i snimka lansiranja, koja se ne razlikuje od testiranja drugih tipova krstarećih raketa.) Istovremeno, nitko ne govori, primjerice, o stvaranju teške jurišne bespilotne letjelice ili razarača. klasa ratni brod. Oružje koje će se uskoro morati jasno pokazati cijelom svijetu.

Prema nekim "zviždačima", vrlo strateški, "tajni" kontekst poruka može ukazivati ​​na njihovu nevjerojatnu prirodu. Pa, ako je ovo glavni argument, oko čega je onda svađa s ovim ljudima?

Postoji i drugo gledište. Šokantne izjave o nuklearnim projektilima i bespilotnim podmornicama od 100 čvorova daju se na pozadini očitih problema vojno-industrijskog kompleksa s kojima se susreće u provedbi jednostavnijih projekata "tradicionalnog" oružja. Izjave o projektilima koji odmah nadmašuju sva postojeća oružja u oštroj su suprotnosti s dobro poznatom situacijom s raketnom znanošću. Skeptici navode primjer masovnih kvarova tijekom lansiranja Bulave ili razvoja rakete-nosača Angara, koji se razvukao dva desetljeća. Sama je započela 1995.; govoreći u studenom 2017., potpredsjednik vlade D. Rogozin obećao je nastavak lansiranja Angare s kozmodroma Vostočni tek u... 2021. godini.

I, usput, zašto je Cirkon, glavna pomorska senzacija prošle godine, ostao bez pažnje? Hipersonični projektil sposoban uništiti sve postojeće koncepte pomorske borbe.

Vijest o dolasku laserskih sustava u trupe privukla je pozornost proizvođača laserskih sustava. Postojeće oružje usmjerene energije stvoreno je na opsežnoj osnovi 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 kontrastu je s pozadinom vrlo slabe laserske industrije: Rusija nije jedan od najvećih svjetskih proizvođača laserske opreme (Coherent, IPG Photonics ili kineski Han "Laser Technology). Stoga , iznenadna pojava laserskog oružja velike snage izaziva istinski interes među stručnjacima.

Pitanja je uvijek više nego odgovora. Vrag je u detaljima, ali službeni izvori daju izuzetno lošu sliku najnovijeg oružja. Često nije ni jasno je li sustav već spreman za usvajanje ili je njegov razvoj u određenoj fazi. Dobro poznati presedani povezani sa stvaranjem takvog oružja u prošlosti pokazuju da se problemi koji se pojavljuju ne mogu riješiti pucketanjem prstiju. Ljubitelji tehničkih inovacija zabrinuti su zbog izbora mjesta za testiranje lansera projektila na nuklearni pogon. Ili metode komunikacije s podvodnim dronom "Status-6" (temeljni problem: radio komunikacija ne radi pod vodom; tijekom komunikacijskih sesija podmornice su prisiljene izroniti na površinu). Bilo bi zanimljivo čuti objašnjenje o metodama primjene: u usporedbi s tradicionalnim ICBM i SLBM, sposobnim započeti i završiti rat u roku od sat vremena, Status-6 će trebati nekoliko dana da stigne do američke obale. Kad tamo više nikoga neće biti!

Posljednja bitka je gotova.
Je li tko ostao živ?
Kao odgovor - samo zavijanje vjetra...

Korištenje materijala:
Air&Space Magazine (travanj-svibanj 1990.)
Tihi rat Johna Cravena

Često se u općeobrazovnim publikacijama o astronautici ne razlikuje razlika između nuklearnog raketnog motora (NRE) i nuklearnog električnog pogonskog sustava (NURE). Međutim, ove kratice ne skrivaju samo razliku u principima pretvaranja nuklearne energije u raketni potisak, već i vrlo dramatičnu povijest razvoja astronautike.

Povijesna drama leži u tome što bi, da su se istraživanja nuklearnog pogona i nuklearnog pogona i u SSSR-u i u SAD-u, koja su bila zaustavljena uglavnom iz ekonomskih razloga, nastavila, ljudski letovi na Mars već odavno postali svakodnevica.

Sve je počelo s atmosferskim zrakoplovom s ramjet nuklearnim motorom

Dizajneri u SAD-u i SSSR-u razmatrali su nuklearne instalacije za "disanje" sposobne uvući vanjski zrak i zagrijati ga na kolosalne temperature. Vjerojatno je ovaj princip stvaranja potiska posuđen od ramjetnih motora, samo je umjesto raketnog goriva korištena energija fisije atomskih jezgri uranovog dioksida 235.

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

Motori razvijeni u sklopu projekta Pluto planirani su za ugradnju na krstareće rakete, koje su pedesetih godina prošlog stoljeća nastale pod oznakom SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, nadzvučna raketa male visine).

Sjedinjene Države planirale su izraditi raketu dugu 26,8 metara, promjera tri metra i tešku 28 tona. Tijelo rakete trebalo je sadržavati nuklearnu bojevu glavu, kao i nuklearni pogonski sustav duljine 1,6 metara i promjera 1,5 metara. U usporedbi s drugim veličinama, instalacija je izgledala vrlo kompaktno, što objašnjava njen izravni princip rada.

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

Godine 1964. američko Ministarstvo obrane zatvorilo je projekt. Službeni razlog bio je taj da u letu krstareća raketa na nuklearni pogon previše zagađuje sve oko sebe. No, zapravo, razlog su bili značajni troškovi održavanja takvih raketa, pogotovo jer se u to vrijeme raketna tehnika brzo razvijala na temelju raketnih motora na tekuće gorivo, čije je održavanje bilo mnogo jeftinije.

SSSR je ostao vjeran ideji stvaranja ramjet dizajna za motor na nuklearni pogon mnogo dulje od Sjedinjenih Država, zatvorivši projekt tek 1985. No rezultati su se pokazali puno značajnijima. Tako je prvi i jedini sovjetski nuklearni raketni motor razvijen u projektnom birou Khimavtomatika, Voronjež. Ovo je RD-0410 (GRAU indeks - 11B91, također poznat kao "Irbit" i "IR-100").

RD-0410 koristio je heterogeni toplinski neutronski reaktor, moderator je bio cirkonijev hidrid, neutronski reflektori bili su izrađeni od berilija, nuklearno gorivo je bio materijal na bazi urana i volfram karbida, s oko 80% obogaćenja izotopom 235.

Dizajn je uključivao 37 gorivnih sklopova, prekrivenih toplinskom izolacijom koja ih je odvajala od moderatora. Dizajnom je predviđeno da protok vodika prvo prolazi kroz reflektor i moderator, održavajući njihovu temperaturu na sobnoj temperaturi, a zatim ulazi u jezgru, gdje hladi gorivne sklopove, zagrijavajući se do 3100 K. Na postolju su reflektor i moderator bili hlađen posebnim protokom vodika.

Reaktor je prošao kroz značajan niz testova, ali nikada nije testiran tijekom svog punog radnog vijeka. Međutim, vanjske komponente reaktora bile su potpuno iscrpljene.

Tehničke karakteristike RD 0410

Potisak u prazno: 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
Radno vrijeme: 1 sat
Komponente goriva: radna tekućina - tekući vodik, pomoćna tvar - heptan
Težina sa zaštitom od zračenja: 2 tone
Dimenzije motora: visina 3,5 m, promjer 1,6 m.

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

Nacrti nuklearnih raketnih motora

Nuklearni raketni motor (NRE) je mlazni motor kod kojeg energija nastala tijekom nuklearne reakcije raspada ili fuzije zagrijava radni fluid (najčešće vodik ili amonijak).

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

• čvrsta faza;
• tekuća faza;
• plinovita faza.

Najkompletnija je verzija motora na čvrstu fazu. Na slici je prikazan dijagram najjednostavnijeg motora na nuklearni pogon s reaktorom na kruto nuklearno gorivo. Radna tekućina nalazi se u vanjskom spremniku. Pomoću pumpe dovodi se u komoru motora. U komori se radni fluid raspršuje pomoću mlaznica i dolazi u kontakt s nuklearnim gorivom koje stvara gorivo. Kada se zagrije, širi se i velikom brzinom leti iz komore kroz mlaznicu.

Kod plinovito-faznih nuklearnih pogonskih motora gorivo (npr. uran) i radna tekućina su u plinovitom stanju (u obliku plazme), a u radnom prostoru ih drži elektromagnetsko polje. Uranova plazma zagrijana na desetke tisuća stupnjeva predaje toplinu radnoj tekućini (na primjer, vodiku), koja zauzvrat, zagrijavajući se na visoke temperature, stvara mlazni tok.

Prema vrsti nuklearne reakcije razlikujemo radioizotopni raketni motor, termonuklearni raketni motor i sam nuklearni motor (koristi se energija nuklearne fisije).

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

Glavne prednosti motora na nuklearni pogon su:

• visoki specifični impuls;
• značajne rezerve energije;
• kompaktnost pogonskog sustava;
• mogućnost dobivanja vrlo velikog potiska - deseci, stotine i tisuće tona u vakuumu.

Glavni nedostatak je velika opasnost od zračenja pogonskog sustava:

• tokovi prodornog zračenja (gama zračenje, neutroni) tijekom nuklearnih reakcija;
• uklanjanje visokoradioaktivnih spojeva urana i njegovih legura;
• istjecanje radioaktivnih plinova s ​​radnim fluidom.

Nuklearni pogonski sustav

S obzirom da je nemoguće dobiti bilo kakve pouzdane podatke o nuklearnim elektranama iz publikacija, pa tako i iz znanstvenih članaka, princip rada takvih postrojenja najbolje je razmotriti na primjerima otvorenih patentnih materijala, iako oni sadrže know-how.

Na primjer, izvanredni ruski znanstvenik Anatolij Sazonovič Korotejev, autor izuma pod patentom, dao je tehničko rješenje za sastav opreme za moderni YARDU. U nastavku donosim dio navedenog patentnog dokumenta doslovno i bez komentara.

Suština predloženog tehničkog rješenja ilustrirana je dijagramom prikazanim na crtežu. Nuklearni propulzijski sustav koji radi u pogonsko-energetskom režimu sadrži električni propulzijski sustav (EPS) (primjer dijagrama prikazuje dva elektroraketna motora 1 i 2 s pripadajućim sustavima 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 spojeni su u jednu cjelinu - turbogenerator-kompresor. Nuklearna pogonska jedinica opremljena je cjevovodima 12 radnog fluida i električnim vodovima 13 koji povezuju generator 8 i električnu pogonsku jedinicu. Izmjenjivač topline-rekuperator 9 ima takozvane visokotemperaturne 14 i niskotemperaturne 15 ulaze radne tekućine, kao i visokotemperaturne 16 i niskotemperaturne 17 izlaze radne tekućine.

Izlaz reaktorske jedinice 5 povezan je s ulazom turbine 6, izlaz turbine 6 spojen je s visokotemperaturnim ulazom 14 izmjenjivača topline-rekuperatora 9. Niskotemperaturni izlaz 15 izmjenjivača topline-rekuperatora 9 spojen je na ulaz u Ranck-Hilsch vrtložnu cijev 10. Ranck-Hilsch vrtložna cijev 10 ima dva izlaza, od kojih je jedan (preko "vrućeg" radnog fluida) spojen na radijator hladnjak 11, a drugi ( preko “hladnog” radnog fluida) spojen je na ulaz kompresora 7. Izlaz radijatora hladnjaka 11 također je spojen na ulaz kompresora 7. Izlaz kompresora 7 spojen je na niskotemperaturni 15 ulaz u izmjenjivač topline-rekuperator 9. Visokotemperaturni izlaz 16 izmjenjivača topline-rekuperatora 9 spojen je na ulaz u reaktorsku instalaciju 5. Dakle, glavni elementi nuklearne elektrane međusobno su povezani jednim krugom radnog fluida. .

Nuklearna elektrana radi na sljedeći način. Radni fluid zagrijan u reaktorskoj instalaciji 5 šalje se u turbinu 6, koja osigurava rad kompresora 7 i generatora 8 turbogeneratora-kompresora. Generator 8 proizvodi električnu energiju, koja se preko električnih vodova 13 šalje električnim raketnim motorima 1 i 2 i njihovim opskrbnim sustavima 3 i 4, osiguravajući njihov rad. Nakon izlaska iz turbine 6, radni fluid se šalje kroz visokotemperaturni ulaz 14 u izmjenjivač topline-rekuperator 9, gdje se radni fluid djelomično hladi.

Zatim se iz niskotemperaturnog izlaza 17 izmjenjivača-rekuperatora topline 9 radni fluid usmjerava u Ranque-Hilschovu vrtložnu cijev 10, unutar koje se tok radnog fluida dijeli na "vruću" i "hladnu" komponentu. “Vrući” dio radne tekućine zatim odlazi u hladnjak-emiter 11, gdje se ovaj dio radne tekućine učinkovito hladi. "Hladni" dio radnog fluida ide na ulaz kompresora 7, a nakon hlađenja, dio radnog fluida koji napušta rashladni hladnjak 11 također slijedi tamo.

Kompresor 7 dovodi ohlađenu radnu tekućinu u izmjenjivač topline-rekuperator 9 kroz niskotemperaturni ulaz 15. Ova ohlađena radna tekućina u izmjenjivaču topline-rekuperatoru 9 osigurava djelomično hlađenje protutoka radne tekućine koja ulazi u izmjenjivač topline-rekuperator. 9 iz turbine 6 kroz visokotemperaturni ulaz 14. Dalje, djelomično zagrijani radni fluid (zbog izmjene topline s protutokom radnog fluida iz turbine 6) iz izmjenjivača topline-rekuperatora 9 kroz visokotemperaturni izlaz 16 ponovno ulazi u reaktorsku instalaciju 5, ciklus se ponovno ponavlja.

Dakle, jedan radni fluid smješten u zatvorenoj petlji osigurava kontinuirani rad nuklearne elektrane, a korištenje Ranque-Hilsch vrtložne cijevi u sklopu nuklearne elektrane u skladu s navedenim tehničkim rješenjem poboljšava težinsko-gabaritne karakteristike. nuklearne elektrane, povećava pouzdanost njezina rada, pojednostavljuje njen dizajn i omogućuje povećanje učinkovitosti nuklearnih elektrana općenito.

Linkovi:

Nuklearni raketni motor je raketni motor čiji se princip rada temelji na nuklearnoj reakciji ili radioaktivnom raspadu, pri čemu se oslobađa energija koja zagrijava radni fluid, a to mogu biti produkti reakcije ili neka druga tvar, poput vodika.

Pogledajmo opcije i principe iz akcije...

Postoji nekoliko vrsta raketnih motora koji koriste gore opisani princip rada: nuklearni, radioizotopski, termonuklearni. Korištenjem nuklearnih raketnih motora moguće je dobiti specifične vrijednosti impulsa znatno veće od onih koje postižu kemijski raketni motori. Visoka vrijednost specifičnog impulsa objašnjava se velikom brzinom istjecanja radne tekućine - oko 8-50 km / s. Potisna snaga nuklearnog motora usporediva je s onom kod kemijskih motora, što će omogućiti da se u budućnosti svi kemijski motori zamijene nuklearnim.

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

Dijele se na dvije vrste - čvrstu i plinovitu fazu. U prvom tipu motora fisibilni materijal smješten je u šipke s razvijenom površinom. To omogućuje učinkovito zagrijavanje plinovitog radnog fluida, obično vodik djeluje kao radni fluid. Brzina ispuha ograničena je maksimalnom temperaturom radne tekućine, koja pak izravno ovisi o najvećoj dopuštenoj temperaturi konstrukcijskih elemenata, a ne prelazi 3000 K. U plinskim nuklearnim raketnim motorima fisibilna tvar je u plinovitom stanju. Njegovo zadržavanje u radnom području provodi se utjecajem elektromagnetskog polja. Za ovu vrstu nuklearnih raketnih motora konstrukcijski elementi nisu ograničavajući čimbenik, pa ispušna brzina radnog fluida može prelaziti 30 km/s. Mogu se koristiti kao motori prvog stupnja, unatoč curenju fisibilnog materijala.

U 70-ima XX. stoljeća U SAD-u i Sovjetskom Savezu aktivno su testirani nuklearni raketni motori s fisijskom tvari u čvrstoj fazi. U Sjedinjenim Američkim Državama razvijao se program za stvaranje eksperimentalnog nuklearnog raketnog motora u sklopu programa NERVA.

Amerikanci su razvili grafitni reaktor hlađen tekućim vodikom, koji se zagrijavao, isparavao i izbacivao kroz mlaznicu rakete. Odabir grafita bio je zbog njegove otpornosti na temperaturu. Prema tom projektu, specifični impuls dobivenog motora trebao je biti dvostruko veći od odgovarajuće brojke karakteristične za kemijske motore, s potiskom od 1100 kN. Reaktor Nerva trebao je raditi u sklopu trećeg stupnja 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 na plinsku fazu trenutno je u fazi teorijskog razvoja. Nuklearni motor na plinsku fazu uključuje korištenje plutonija, čija je struja sporog plina okružena bržim protokom vodika za hlađenje. Na orbitalnim svemirskim postajama MIR i ISS provedeni su pokusi koji bi mogli dati poticaj daljnjem razvoju motora na plinsku fazu.

Danas možemo reći da je Rusija malo “zamrznula” svoja istraživanja na području nuklearnih pogonskih sustava. Rad ruskih znanstvenika više je usmjeren na razvoj i usavršavanje osnovnih komponenti i sklopova nuklearnih elektrana, kao i njihovu unifikaciju. Prioritetni smjer daljnjih istraživanja u ovom području je stvaranje nuklearnih pogonskih sustava sposobnih za rad u dva načina. Prvi je način rada nuklearnog raketnog motora, a drugi je način instalacije za proizvodnju električne energije za napajanje opreme instalirane na svemirskoj letjelici.

Krajem prošle godine ruske strateške raketne snage testirale su potpuno novo oružje, čije se postojanje prije smatralo nemogućim. Upravo je krstareća raketa na nuklearni pogon, koju vojni stručnjaci nazivaju 9M730, novo oružje o kojem je predsjednik Putin govorio u svom obraćanju Saveznoj skupštini. Ispitivanje projektila navodno je izvedeno na poligonu Novaya Zemlya, otprilike krajem jeseni 2017., no s točnih podataka neće uskoro biti deklasificirana. Pretpostavlja se da je razvojni programer rakete Novator Experimental Design Bureau (Ekaterinburg). Prema nadležnim izvorima, projektil je pogodio cilj u normalnom režimu i testovi se smatraju potpuno uspješnim. Nadalje, navodne fotografije lansiranja (iznad) nove rakete s nuklearnom elektranom, pa čak i neizravne potvrde vezane uz prisutnost u očekivanom vremenu testiranja u neposrednoj blizini poligona Il-976 LII Gromov “koji leti laboratorij” s oznakama Rosatoma pojavio se u medijima. Međutim, postavilo se još više pitanja. Je li deklarirana sposobnost rakete da leti na neograničenom dometu realna i kako se to postiže?

Karakteristike krstarećeg projektila s nuklearnom elektranom

Karakteristike krstareće rakete s nuklearnim oružjem, koja se pojavila 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 radnim karakteristikama rakete:

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

Promjer tijela 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 projektila s nuklearnim pogonom provodilo je nekoliko zemalja odjednom, a razvoj je započeo još davnih 1960-ih. Dizajni koje su predložili inženjeri razlikovali su se samo u detaljima; načelo rada može se opisati na sljedeći način: nuklearni reaktor zagrijava smjesu koja ulazi u posebne spremnike (različite opcije, od amonijaka do vodika) s naknadnim ispuštanjem kroz mlaznice ispod visokotlačni. Međutim, inačica krstareće rakete o kojoj je govorio ruski predsjednik ne odgovara niti jednom od primjera dizajna koji su prethodno razvijeni.

Činjenica je da, prema Putinovim riječima, projektil ima gotovo neograničen domet leta. To se, naravno, ne može shvatiti kao da projektil može letjeti godinama, ali se može smatrati izravnom indikacijom da je njegov domet leta višestruko veći od dometa leta modernih krstarećih projektila. Druga točka, koja se ne može zanemariti, također je povezana s deklariranim neograničenim dometom leta i, sukladno tome, radom pogonske jedinice krstareće rakete. Na primjer, heterogeni toplinski neutronski reaktor, ispitan u motoru RD-0410, koji su razvili Kurchatov, Keldysh i Korolev, imao je ispitni vijek od samo 1 sat, i u ovom slučaju ne može postojati neograničen domet leta takvog krstareća raketa na nuklearni pogon govor.

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

Također je vrijedno napomenuti da krstareća raketa s nuklearnom pogonskom jedinicom koju je najavio Vladimir Putin može letjeti oko aktivnih zona sustava protuzračne i raketne obrane, kao i zadržati svoj put do cilja na malim i ultramalim visinama. To je moguće samo opremanjem projektila sustavima za praćenje terena koji su otporni na smetnje koje stvaraju neprijateljski sustavi elektroničkog ratovanja.

Rusija je bila i sada ostaje lider u polju nuklearne svemirske energije. Organizacije kao što su RSC Energia i Roscosmos imaju iskustva u dizajnu, konstrukciji, lansiranju i radu svemirskih letjelica opremljenih nuklearnim izvorom energije. Nuklearni motor omogućuje rad zrakoplova dugi niz godina, uvelike povećavajući njihovu praktičnu prikladnost.

Povijesna kronika

U isto vrijeme, isporuka istraživačkog vozila u orbite udaljenih planeta Sunčevog sustava zahtijeva povećanje resursa takve nuklearne instalacije na 5-7 godina. Dokazano je da će kompleks s nuklearnim pogonskim sustavom snage oko 1 MW u sklopu istraživačke svemirske letjelice omogućiti ubrzanu isporuku umjetnih satelita najudaljenijih planeta, planetarnih rovera na površinu za 5-7 godina. prirodne satelite tih planeta i dopremu na Zemlju tla s kometa, asteroida, Merkura i satelita Jupitera i Saturna.

Tegljač za višekratnu upotrebu (MB)

Jedan od najvažnijih načina povećanja učinkovitosti prometnih operacija u prostoru je višekratna uporaba elemenata prometnog sustava. Nuklearni motor za svemirske letjelice snage najmanje 500 kW omogućuje stvaranje tegljača za višekratnu upotrebu i time značajno povećanje učinkovitosti svemirskog transportnog sustava s više veza. Takav sustav je posebno koristan u programu za osiguranje velikih godišnjih tokova tereta. Primjer bi bio program istraživanja Mjeseca sa stvaranjem i održavanjem stalno rastuće nastanjive baze i eksperimentalnih tehnoloških i proizvodnih kompleksa.

Obračun prometa robe

Prema projektnim studijama RSC Energia, tijekom izgradnje baze, moduli težine oko 10 tona trebali bi biti isporučeni na mjesečevu površinu, a do 30 tona u lunarnu orbitu ukupnog protoka tereta sa Zemlje tijekom izgradnje nastanjiva lunarna baza i posjećena lunarna orbitalna stanica procjenjuje se na 700-800 tona, a godišnji protok tereta za osiguranje funkcioniranja i razvoja baze je 400-500 tona.

Međutim, princip rada nuklearnog motora ne dopušta transporteru dovoljno brzo ubrzanje. Zbog dugog vremena transporta i, shodno tome, značajnog vremena koje teret provede u Zemljinom radijacijskom pojasu, ne može se sav teret isporučiti tegljačima na nuklearni pogon. Stoga se protok tereta koji se može osigurati na temelju propulzijskih sustava na nuklearni pogon procjenjuje na samo 100-300 tona/god.

Ekonomska učinkovitost

Kao kriterij ekonomske učinkovitosti interorbitalnog transportnog sustava preporučljivo je koristiti vrijednost specifičnog troška transporta jedinice mase korisnog tereta (PG) od površine Zemlje do ciljane orbite. RSC Energia je razvila ekonomski i matematički model koji uzima u obzir glavne komponente troškova u transportnom sustavu:

• stvoriti i lansirati u orbitu module tegljača;
• za kupnju funkcionalnog nuklearnog postrojenja;
• operativni troškovi, kao i troškovi istraživanja i razvoja te mogući kapitalni troškovi.

Pokazatelji troškova ovise o optimalnim parametrima MB. Koristeći ovaj model, komparativna ekonomska učinkovitost korištenja tegljača za višekratnu upotrebu temeljenog na propulzijskom sustavu nuklearne energije snage oko 1 MW i tegljača za jednokratnu upotrebu temeljenog na naprednim sustavima tekuće propulzije u programu osiguranja isporuke korisnog tereta s ukupnom proučavana je masa od 100 tona godišnje od Zemlje do mjesečeve orbite na visini od 100 km. Pri korištenju iste rakete za lansiranje s kapacitetom nosivosti jednakim kapacitetu nosivosti rakete za lansiranje Proton-M i sheme s dva lansiranja za izgradnju transportnog sustava, specifični trošak isporuke jedinice mase korisnog tereta pomoću tegljača na nuklearni pogon bit će tri puta manji nego pri korištenju jednokratnih tegljača na bazi raketa s tekućim motorima tipa DM-3.

Zaključak

Učinkovit nuklearni motor za svemir pridonosi rješavanju ekoloških problema Zemlje, ljudskom letu na Mars, stvaranju sustava za bežični prijenos energije u svemiru, provedbi uz povećanu sigurnost zakopavanja u svemir posebno opasnog radioaktivnog otpada zemlje nuklearne energije, stvaranje nastanjive lunarne baze i početak industrijskog razvoja Mjeseca, osiguravajući zaštitu Zemlje od opasnosti od asteroida i kometa.