Jadrové raketové motory. Krížová strela s jadrovým pohonom

Prvou fázou je odmietnutie

Robert Schmucker, nemecký odborník v oblasti raketovej techniky, považoval vyjadrenia V. Putina za úplne nepravdepodobné. „Neviem si predstaviť, že by Rusi dokázali vytvoriť malý lietajúci reaktor,“ povedal expert v rozhovore pre Deutsche Welle.

Môžu, Herr Schmucker. Len si to predstav.

Prvý domáci satelit s jadrovou elektrárňou (Kosmos-367) bol vypustený z Bajkonuru už v roku 1970. 37 palivových kaziet maloreaktora BES-5 Buk s obsahom 30 kg uránu pri teplote v primárnom okruhu 700°C a výdaji tepla 100 kW poskytlo elektrický výkon zariadenia 3 kW. Hmotnosť reaktora je menšia ako jedna tona, predpokladaná doba prevádzky je 120-130 dní.

Odborníci vyjadria pochybnosti: táto jadrová „batéria“ má príliš malý výkon ... Ale! Pozeráte sa na dátum: bolo to pred polstoročím.

Nízka účinnosť - dôsledok termionickej konverzie. Pri iných formách prenosu energie sú ukazovatele oveľa vyššie, napríklad pre jadrové elektrárne je hodnota účinnosti v rozmedzí 32-38%. V tomto zmysle je tepelný výkon „vesmírneho“ reaktora mimoriadne zaujímavý. 100 kW je vážna ponuka na víťazstvo.

Treba poznamenať, že BES-5 Buk nepatrí do rodiny RTG. Rádioizotopové termoelektrické generátory premieňajú energiu prirodzeného rozpadu atómov rádioaktívnych prvkov a majú zanedbateľný výkon. Buk je zároveň skutočným reaktorom s riadenou reťazovou reakciou.

Ďalšia generácia sovietskych malých reaktorov, ktorá sa objavila koncom 80. rokov, sa vyznačovala ešte menšími rozmermi a väčším uvoľňovaním energie. Toto bol jedinečný Topaz: v porovnaní s Bukom sa množstvo uránu v reaktore znížilo o faktor tri (na 11,5 kg). Tepelný výkon vzrástol o 50 % a dosiahol 150 kW, doba nepretržitej prevádzky dosiahla 11 mesiacov (reaktor tohto typu bol inštalovaný na palube prieskumného satelitu Cosmos-1867).

Jadrové vesmírne reaktory sú mimozemskou formou smrti. V prípade straty kontroly „padajúca hviezda“ nesplnila túžby, ale mohla uvoľniť svoje hriechy „šťastlivcom“.

V roku 1992 boli v Spojených štátoch predané dve zostávajúce kópie malých reaktorov série Topaz za 13 miliónov dolárov.

Hlavná otázka znie: je dostatok energie na to, aby sa takéto zariadenia mohli použiť ako raketové motory? Prechodom pracovnej tekutiny (vzduchu) cez horúce jadro reaktora a získaním ťahu na výstupe podľa zákona zachovania hybnosti.

odpoveď: nie. Buk a Topaz sú kompaktné jadrové elektrárne. Na vytvorenie YRD sú potrebné iné prostriedky. Ale všeobecný trend je viditeľný voľným okom. Kompaktné jadrové elektrárne už dávno vznikli a v praxi existujú.

Aký výkon by mala mať jadrová elektráreň ako hlavný motor pre riadenú strelu podobnej veľkosti ako Kh-101?

Neviete si nájsť prácu? Vynásobte čas silou!
(Kolekcia univerzálnych tipov.)

Nájsť silu tiež nie je ťažké. N=FxV.

Podľa oficiálnych údajov sú riadené strely Xa-101, ako aj KR z rodiny Caliber vybavené turbodúchadlom s krátkou životnosťou-50, ktorý vyvíja ťah 450 kgf (≈ 4400 N). Cestovná rýchlosť riadenej strely - 0,8 M alebo 270 m / s. Ideálna konštrukčná účinnosť prúdového obtokového motora je 30 %.

V tomto prípade je požadovaný výkon raketového motora iba 25-krát vyšší ako tepelný výkon reaktora série Topaz.

Napriek pochybnostiam nemeckého odborníka je vytvorenie jadrového prúdového (alebo náporového) raketového motora reálnou úlohou, ktorá spĺňa požiadavky našej doby.

Raketa z pekla

"Všetko je to prekvapenie - riadená strela s jadrovým pohonom," povedal Douglas Barry, vedúci pracovník Medzinárodného inštitútu pre strategické štúdie v Londýne. "Táto myšlienka nie je nová, hovorilo sa o nej v 60. rokoch, no čelila mnohým prekážkam."

Nielen o tom sa hovorilo. Počas testov v roku 1964 vyvinul jadrový náporový motor Tori-IIC ťah 16 ton pri tepelnom výkone reaktora 513 MW. Pri simulácii nadzvukového letu zariadenie spotrebovalo 450 ton stlačeného vzduchu za päť minút. Reaktor bol navrhnutý veľmi „horúco“ – prevádzková teplota v aktívnej zóne dosahovala 1600°C. Konštrukcia mala veľmi úzke tolerancie: v mnohých oblastiach bola prípustná teplota iba 150 - 200 ° C pod teplotou, pri ktorej sa raketové prvky roztavili a zrútili.

Boli tieto ukazovatele dostatočné na použitie YaPVRD ako motora v praxi? Odpoveď je zrejmá.

Jadrový náporový motor vyvinul väčší (!) ťah ako turbonáporový motor „trojkrídlového“ prieskumného lietadla SR-71 „Black Bird“.

"Polygón-401", testy jadrového náporového lietadla

Experimentálne zariadenia „Tori-IIA“ a „-IIC“ sú prototypy jadrového motora riadenej strely SLAM.

Diabolský vynález, schopný podľa výpočtov preraziť 160 000 km priestoru v minimálnej výške rýchlosťou 3M. Doslova „kosila“ všetkých, ktorí sa stretli na jej smútočnej ceste, rázovou vlnou a hromovým zvukom 162 dB (pre človeka smrteľným).

Reaktor bojového lietadla nemal žiadnu biologickú ochranu. Prasknuté ušné bubienky po prelete SLAM by sa na pozadí rádioaktívnych emisií z dýzy rakety zdali ako nepodstatná okolnosť. Lietajúce monštrum za sebou zanechalo viac ako kilometer široký chochol s dávkou žiarenia 200-300 rad. Podľa výpočtov za hodinu letu SLAM infikoval 1800 štvorcových míľ smrtiacou radiáciou.

Podľa výpočtov by dĺžka lietadla mohla dosiahnuť 26 metrov. Počiatočná hmotnosť - 27 ton. Bojová záťaž - termonukleárne nálože, ktoré bolo potrebné postupne zhodiť na niekoľko sovietskych miest pozdĺž letovej trasy rakety. Po splnení hlavnej úlohy mal SLAM ešte niekoľko dní krúžiť nad územím ZSSR a zamorovať všetko naokolo rádioaktívnymi emisiami.

Možno najsmrteľnejšia zo všetkých, ktoré sa človek pokúsil vytvoriť. Našťastie k skutočným štartom nedošlo.

Projekt s kódovým označením Pluto bol 1. júla 1964 zrušený. Zároveň podľa jedného z vývojárov SLAM J. Cravena nikto z vojenského a politického vedenia Spojených štátov rozhodnutie neoľutoval.

Dôvodom opustenia „nízko letiacej jadrovej strely“ bol vývoj medzikontinentálnych balistických rakiet. Schopnosť spôsobiť potrebné škody v kratšom čase s neporovnateľným rizikom pre samotnú armádu. Ako autori publikácie v časopise Air & Space správne poznamenali: ICBM aspoň nezabili každého, kto bol v blízkosti odpaľovacej rakety.

Stále nie je známe, kto, kde a ako plánoval diabla otestovať. A kto by bol zodpovedný, keby SLAM zišiel z kurzu a preletel nad Los Angeles. Jeden z bláznivých návrhov navrhoval priviazať raketu ku káblu a jazdiť v kruhoch po opustených oblastiach kusu. Nevada. Okamžite však vyvstala ďalšia otázka: čo robiť s raketou, keď v reaktore dohoreli posledné zvyšky paliva? Miesto, kde SLAM „pristane“, sa nebude priblížiť po stáročia.

Život alebo smrť. Konečná voľba

Na rozdiel od mystického „Pluta“ z 50. rokov ponúka projekt modernej jadrovej rakety vyjadrený V. Putinom vytvorenie efektívneho prostriedku na prelomenie amerického systému protiraketovej obrany. Prostriedky vzájomne zaručeného zničenia sú najdôležitejším kritériom jadrového odstrašovania.

Transformácia klasickej „jadrovej triády“ na diabolský „pentagram“ – so zahrnutím novej generácie dopravných prostriedkov (jadrových riadených striel s neobmedzeným doletom a strategických jadrových torpéd so statusom 6) spolu s modernizáciou hlavíc ICBM ( manévrovanie Avangard) je rozumnou reakciou na nové hrozby. Washingtonská politika protiraketovej obrany nedáva Moskve inú možnosť.

„Vyvíjate svoje protiraketové systémy. Dosah antirakiet sa zvyšuje, presnosť sa zvyšuje, tieto zbrane sa zdokonaľujú. Preto na to musíme adekvátne reagovať, aby sme systém dokázali prekonať nielen dnes, ale aj zajtra, keď budete mať nové zbrane.“

V. Putin v rozhovore pre NBC.

Odtajnené detaily experimentov SLAM/Pluto presvedčivo dokazujú, že vytvorenie jadrovej riadenej strely bolo možné (technicky uskutočniteľné) už pred šiestimi desaťročiami. Moderné technológie nám umožňujú posunúť myšlienku na novú technickú úroveň.

Meč hrdzavie sľubmi

Napriek množstvu zjavných faktov, ktoré vysvetľujú dôvody objavenia sa „superzbrane prezidenta“ a rozptyľujú akékoľvek pochybnosti o „nemožnosti“ vytvorenia takýchto systémov, v Rusku, ako aj v zahraničí, existuje veľa skeptikov. "Všetky uvedené zbrane sú len prostriedkom informačnej vojny." A potom - rôzne návrhy.

Asi netreba brať vážne „odborníkov“ na karikatúru, akým je I. Mojsejev. Šéf Space Policy Institute (?), ktorý pre online vydanie The Insider povedal: „Nemôžete dať jadrový motor na riadenú strelu. Áno, a také motory neexistujú.

Pokusy o „odhalenie“ prezidentových vyjadrení prebiehajú aj na serióznejšej analytickej úrovni. Takéto „vyšetrovania“ si okamžite získavajú obľubu medzi liberálne zmýšľajúcou verejnosťou. Skeptici uvádzajú nasledujúce argumenty.

Všetky vyššie uvedené systémy sú klasifikované ako strategické prísne tajné zbrane, ktorých existenciu nemožno overiť ani vyvrátiť. (Samotný odkaz Federálnemu zhromaždeniu ukázal počítačovú grafiku a zábery štartov na nerozoznanie od testov iných typov riadených striel.) Zároveň nikto nehovorí napríklad o vytvorení ťažkého útočného bezpilotného lietadla alebo torpédoborca ​​triedy vojnová loď. Zbraň, ktorú by čoskoro museli predviesť celému svetu.

Podľa niektorých „whistleblowerov“ môže čisto strategický, „tajný“ kontext správ naznačovať ich nepravdepodobnú povahu. No, ak je toto hlavný argument, o čom je potom spor s týmito ľuďmi?

Existuje aj iný uhol pohľadu. Šokujúce jadrové rakety a bezpilotné 100-uzlové ponorky vznikajú na pozadí zjavných problémov vojensko-priemyselného komplexu, s ktorým sa stretávame pri realizácii jednoduchších „tradičných“ zbrojných projektov. Nároky na rakety, ktoré naraz prekonali všetky existujúce typy zbraní, sú v ostrom kontraste na pozadí dobre známej situácie s raketovou vedou. Skeptici ako príklad uvádzajú hromadné zlyhania pri štartoch Bulava alebo vytvorenie nosnej rakety Angara, ktorá sa vlečie už dve desaťročia. Sám začal v roku 1995; Vicepremiér D. Rogozin vo svojom prejave v novembri 2017 prisľúbil obnovenie štartov Angary z kozmodrómu Vostočnyj až v ... 2021.

A mimochodom, prečo zostal Zirkón, hlavná námorná senzácia predchádzajúceho roka, bez pozornosti? Hypersonická strela, ktorá dokáže preškrtnúť všetky existujúce koncepty námorného boja.

Výrobcov laserových systémov zaujala správa o príchode laserových systémov do vojsk. Existujúce príklady zbraní s usmernenou energiou vznikli na rozsiahlom základe výskumu a vývoja high-tech zariadení pre civilný trh. Napríklad americká lodná inštalácia AN/SEQ-3 LaWS predstavuje „balík“ šiestich zváracích laserov s celkovým výkonom 33 kW.

Oznámenie o vytvorení supervýkonného bojového lasera kontrastuje na pozadí veľmi slabého laserového priemyslu: Rusko nepatrí medzi najväčších svetových výrobcov laserových zariadení (Coherent, IPG Photonics alebo čínska Han „Laser Technology). Náhle objavenie sa vysokovýkonných laserových zbraní vyvoláva skutočný záujem medzi odborníkmi.

Vždy je viac otázok ako odpovedí. Diabol je v detailoch, ale oficiálne zdroje poskytujú mimoriadne zlú predstavu o najnovších zbraniach. Často ani nie je jasné, či je systém už pripravený na adopciu, alebo je jeho vývoj v určitom štádiu. Známe precedensy spojené s výrobou takýchto zbraní v minulosti naznačujú, že problémy z toho vyplývajúce sa neriešia lusknutím prsta. Fanúšikovia technických inovácií majú obavy z výberu miesta na testovanie kozmickej lode s jadrovým motorom. Alebo spôsoby komunikácie s podvodným dronom Status-6 (zásadný problém: rádiová komunikácia pod vodou nefunguje, ponorky sú nútené vystúpiť na hladinu počas komunikačných relácií). Bolo by zaujímavé počuť vysvetlenie o tom, ako ho používať: v porovnaní s tradičnými ICBM a SLBM, ktoré môžu začať a ukončiť vojnu do hodiny, bude Status-6 trvať niekoľko dní, kým dosiahne pobrežie USA. Keď tam nikto iný nie je!

Posledný boj sa skončil.
Zostal niekto nažive?
V reakcii - iba zavýja vietor ...

Použitie materiálov:
Air&Space Magazine (apríl – máj 1990)
Tichá vojna od Johna Cravena

Vo všeobecných vzdelávacích publikáciách o astronautike sa často nerozlišuje rozdiel medzi jadrovým raketovým motorom (NRE) a jadrovým raketovým elektrickým pohonným systémom (NRE). Za týmito skratkami sa však skrýva nielen rozdielnosť princípov premeny jadrovej energie na raketový ťah, ale aj veľmi dramatická história rozvoja kozmonautiky.

Dráma dejín spočíva v tom, že ak by sa štúdium jadrových a jadrových elektrární zastavilo najmä z ekonomických dôvodov tak v ZSSR, ako aj v USA, tak by sa ľudské lety na Mars už dávno stali samozrejmosťou.

Všetko to začalo atmosférickým lietadlom s náporovým jadrovým motorom

Konštruktéri v USA a ZSSR uvažovali o „dýchaní“ jadrových zariadení schopných nasávať vonkajší vzduch a ohrievať ho na kolosálne teploty. Pravdepodobne bol tento princíp vytvárania ťahu vypožičaný z náporových motorov, iba namiesto raketového paliva sa použila štiepna energia atómových jadier oxidu uránového 235.

V USA bol takýto motor vyvinutý v rámci projektu Pluto. Američanom sa podarilo vytvoriť dva prototypy nového motora - Tory-IIA a Tory-IIC, na ktorých boli reaktory dokonca zapnuté. Kapacita závodu mala byť 600 megawattov.

Motory vyvinuté v rámci projektu Pluto sa plánovali inštalovať na riadené strely, ktoré vznikli v 50. rokoch minulého storočia pod označením SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, nadzvuková strela s nízkou výškou).

V Spojených štátoch plánovali postaviť raketu s dĺžkou 26,8 metra, priemerom tri metre a hmotnosťou 28 ton. V tele rakety mala byť jadrová hlavica, ako aj jadrový pohonný systém s dĺžkou 1,6 metra a priemerom 1,5 metra. Na pozadí iných rozmerov vyzerala inštalácia veľmi kompaktne, čo vysvetľuje jej princíp priameho toku.

Vývojári verili, že vďaka jadrovému motoru bude dolet rakety SLAM minimálne 182 000 kilometrov.

V roku 1964 ministerstvo obrany USA projekt uzavrelo. Oficiálnym dôvodom bolo, že počas letu raketa s jadrovým pohonom príliš znečisťuje všetko naokolo. V skutočnosti však dôvodom boli značné náklady na údržbu takýchto rakiet, najmä preto, že v tom čase sa raketová veda rýchlo rozvíjala na základe raketových motorov na kvapalné palivo, ktorých údržba bola oveľa lacnejšia.

ZSSR zostal verný myšlienke vytvorenia NRE s priamym tokom oveľa dlhšie ako Spojené štáty, pričom projekt uzavrel až v roku 1985. Ale výsledky boli oveľa výraznejšie. Prvý a jediný sovietsky jadrový raketový motor bol teda vyvinutý v konštrukčnej kancelárii Khimavtomatika vo Voroneži. Toto je RD-0410 (index GRAU - 11B91, tiež známy ako "Irbit" a "IR-100").

V RD-0410 bol použitý heterogénny tepelný neutrónový reaktor, ako moderátor slúžil hydrid zirkónia, reflektory neutrónov boli vyrobené z berýlia, jadrové palivo bol materiál na báze karbidov uránu a volfrámu, obohatený izotopom 235 asi na 80 %.

Projekt zahŕňal 37 palivových kaziet pokrytých tepelnou izoláciou, ktorá ich oddeľovala od moderátora. Konštrukcia predpokladala, že prúd vodíka najprv prechádzal cez reflektor a moderátor, pričom ich teplota sa udržiaval na izbovej teplote, a potom vstupoval do aktívnej zóny, kde ochladzoval palivové kazety, pričom sa zahrial až na 3100 K. Na stánku bol reflektor a moderátor chladený oddeleným prúdom vodíka.

Reaktor prešiel významnou sériou testov, ale nikdy nebol testovaný počas celej doby prevádzky. Avšak mimo reaktorových blokov boli plne rozpracované.

Špecifikácie RD 0410

Ťah v dutine: 3,59 tf (35,2 kN)
Tepelný výkon reaktora: 196 MW
Špecifický ťahový impulz vo vákuu: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Počet inklúzií: 10
Pracovný zdroj: 1 hodina
Zložky paliva: pracovná kvapalina - kvapalný vodík, pomocná látka - heptán
Hmotnosť s radiačnou ochranou: 2 tony
Rozmery motora: výška 3,5 m, priemer 1,6 m.

Relatívne malé celkové rozmery a hmotnosť, vysoká teplota jadrového paliva (3100 K) s účinným systémom chladenia prietokom vodíka naznačujú, že RD0410 je takmer ideálnym prototypom jadrového raketového motora pre moderné riadené strely. A berúc do úvahy moderné technológie na získavanie samozastavovacieho jadrového paliva, zvýšenie zdroja z hodiny na niekoľko hodín je veľmi reálna úloha.

Konštrukcia jadrových raketových motorov

Jadrový raketový motor (NRE) je prúdový motor, v ktorom energia vznikajúca pri nukleárnom rozpade alebo fúznej reakcii ohrieva pracovnú tekutinu (najčastejšie vodík alebo čpavok).

Existujú tri typy NRE podľa typu paliva pre reaktor:

• tuhá fáza;
• kvapalná fáza;
• plynná fáza.

Najkompletnejšia je verzia motora s pevnou fázou. Na obrázku je znázornená schéma najjednoduchšieho NRE s reaktorom na tuhé jadrové palivo. Pracovná kvapalina je umiestnená vo vonkajšej nádrži. Pomocou čerpadla sa privádza do komory motora. V komore je pracovná kvapalina rozprašovaná pomocou trysiek a prichádza do kontaktu s teplo generujúcim jadrovým palivom. Pri zahriatí sa roztiahne a veľkou rýchlosťou vyletí z komory cez trysku.

V plynových jadrových raketových motoroch je palivo (napríklad urán) a pracovná tekutina v plynnom stave (vo forme plazmy) a sú držané v pracovnej oblasti elektromagnetickým poľom. Uránová plazma, zahriata na desiatky tisíc stupňov, odovzdáva teplo pracovnej tekutine (napríklad vodíku), ktorá, keď sa zahreje na vysoké teploty, vytvára prúd.

Podľa typu jadrovej reakcie sa rozlišuje rádioizotopový raketový motor, termojadrový raketový motor a vlastný jadrový motor (využíva sa energia jadrového štiepenia).

Zaujímavou možnosťou je aj pulzný NRE - ako zdroj energie (palivo) sa navrhuje použiť jadrovú nálož. Takéto inštalácie môžu byť vnútorného a vonkajšieho typu.

Hlavné výhody YRD sú:

• vysoký špecifický impulz;
• významná energetická rezerva;
• kompaktnosť pohonného systému;
• možnosť získať veľmi veľký ťah - desiatky, stovky a tisíce ton vo vákuu.

Hlavnou nevýhodou je vysoké radiačné riziko pohonného systému:

• toky prenikavého žiarenia (gama žiarenie, neutróny) počas jadrových reakcií;
• odstraňovanie vysoko rádioaktívnych zlúčenín uránu a jeho zliatin;
• únik rádioaktívnych plynov s pracovnou tekutinou.

Jadrová elektráreň

Vzhľadom na to, že nie je možné získať žiadne spoľahlivé informácie o jadrových elektrárňach z publikácií, vrátane vedeckých článkov, princíp fungovania takýchto zariadení je najlepšie zvážiť pomocou príkladov otvorených patentových materiálov, hoci obsahujú know-how.

Napríklad vynikajúci ruský vedec Anatolij Sazonovič Koroteev, autor patentovaného vynálezu, poskytol technické riešenie zloženia zariadenia pre modernú jadrovú elektráreň. Ďalej uvádzam časť špecifikovaného patentového dokumentu doslovne a bez komentárov.

Podstatu navrhovaného technického riešenia znázorňuje schéma znázornená na výkrese. Jadrová elektráreň pracujúca v pohonno-energetickom režime obsahuje elektrický pohonný systém (EPP) (napríklad na schéme sú dva elektrické raketové motory 1 a 2 s príslušnými napájacími systémami 3 a 4), reaktorovú elektráreň 5, turbínu 6, kompresor 7, generátor 8, tepelný výmenník-rekuperátor 9, Rankova-Hilschova vírivá trubica 10, chladiaci-emitor 11. V tomto prípade sú turbína 6, kompresor 7 a generátor 8 spojené do jedna jednotka - turbogenerátor-kompresor. Jadrová elektráreň je vybavená potrubím 12 pracovnej tekutiny a elektrickými vedeniami 13 spájajúcimi generátor 8 a elektrický pohonný systém. Výmenník tepla-rekuperátor 9 má takzvané vysokoteplotné 14 a nízkoteplotné 15 vstupy pracovnej tekutiny, ako aj vysokoteplotné 16 a nízkoteplotné 17 výstupy pracovnej tekutiny.

Výstup z reaktorovej jednotky 5 je spojený so vstupom turbíny 6, výstup z turbíny 6 je spojený s vysokoteplotným vstupom 14 výmenníka tepla-rekuperátora 9. Nízkoteplotný výstup 15 výmenníka tepla - rekuperátor 9 je pripojený na vstup do Ranque-Hilschovej vírivej trubice 10. Ranque-Hilschova vírivá trubica 10 má dva výstupy, z ktorých jeden (cez "horúcu" pracovnú tekutinu) je pripojený k chladiču-radiátoru 11, a druhý (cez "studenú" pracovnú kvapalinu) je napojený na vstup kompresora 7. Výstup chladiča-radiátora 11 je tiež spojený so vstupom do kompresora 7. Výstup 7 kompresora je napojený na nízkoteplotný vstup 15 do tepelného výmenníka-rekuperátora 9. Vysokoteplotný výstup 16 tepelného výmenníka-rekuperátora 9 je spojený so vstupom do reaktorového zariadenia 5. Hlavné prvky jadrovej elektrárne sú teda vzájomne prepojené jedným pracovným kvapalinový okruh.

YaEDU funguje nasledovne. Pracovná tekutina ohriata v reaktorovom zariadení 5 je privádzaná do turbíny 6, ktorá zabezpečuje chod kompresora 7 a generátora 8 turbogenerátora-kompresora. Generátor 8 generuje elektrickú energiu, ktorá sa prostredníctvom elektrických vedení 13 posiela do elektrických raketových motorov 1 a 2 a ich napájacích systémov 3 a 4, zabezpečujúcich ich prevádzku. Po opustení turbíny 6 je pracovná tekutina privádzaná cez vysokoteplotný vstup 14 do výmenníka tepla-rekuperátora 9, kde je pracovná tekutina čiastočne ochladená.

Potom z nízkoteplotného výstupu 17 tepelného výmenníka-rekuperátora 9 je pracovná tekutina privádzaná do Rank-Hilschovej vírivej trubice 10, v ktorej je prúd pracovnej tekutiny rozdelený na "horúce" a "studené" zložky. "Horúca" časť pracovnej tekutiny potom ide do chladiča-emitora 11, kde sa táto časť pracovnej tekutiny účinne ochladí. „Studená“ časť pracovnej tekutiny nasleduje za vstupom do kompresora 7 a po ochladení tam nasleduje časť pracovnej tekutiny, ktorá opúšťa chladič-radiátor 11.

Kompresor 7 dodáva ochladenú pracovnú tekutinu do výmenníka tepla-rekuperátora 9 cez nízkoteplotný vstup 15. Táto ochladená pracovná tekutina v tepelnom výmenníku-rekuperátore 9 zabezpečuje čiastočné chladenie prichádzajúceho prúdu pracovnej tekutiny vstupujúcej do výmenníka tepla. rekuperátora 9 z turbíny 6 cez vysokoteplotný vstup 14. Ďalej čiastočne ohriata pracovná tekutina (v dôsledku výmeny tepla s protiprúdom pracovnej tekutiny z turbíny 6) z výmenníka tepla-rekuperátora 9 cez vysokoteplotný výstup teploty 16 opäť vstupuje do reaktorovej jednotky 5, cyklus sa znova opakuje.

Jedna pracovná kvapalina umiestnená v uzavretom okruhu tak zabezpečuje nepretržitú prevádzku jadrovej elektrárne a použitie Rank-Hilschovej vírovej trubice ako súčasti jadrovej elektrárne v súlade s navrhovaným technickým riešením zlepšuje hmotnostné a rozmerové charakteristiky. jadrovej elektrárne, zvyšuje spoľahlivosť jej prevádzky, zjednodušuje jej konštrukčnú schému a umožňuje zvýšiť účinnosť jadrovej elektrárne ako celku.

odkazy:

Jadrový raketový motor - raketový motor, ktorého princíp je založený na jadrovej reakcii alebo rádioaktívnom rozpade, pričom sa uvoľňuje energia, ktorá ohrieva pracovnú tekutinu, ktorou môžu byť produkty reakcie alebo nejaká iná látka, napríklad vodík.

Poďme sa pozrieť na možnosti a princípy z akcie ...

Existuje niekoľko typov raketových motorov, ktoré využívajú vyššie uvedený princíp činnosti: jadrové, rádioizotopové, termonukleárne. Pomocou jadrových raketových motorov je možné získať špecifické impulzné hodnoty oveľa vyššie ako tie, ktoré dokážu poskytnúť chemické raketové motory. Vysoká hodnota špecifického impulzu sa vysvetľuje vysokou rýchlosťou výdychu pracovnej tekutiny - asi 8-50 km / s. Ťahová sila jadrového motora je porovnateľná s chemickými motormi, čo v budúcnosti umožní nahradiť všetky chemické motory jadrovými.

Hlavnou prekážkou úplnej výmeny je rádioaktívna kontaminácia životného prostredia, ktorú spôsobujú jadrové raketové motory.

Delia sa na dva typy - tuhá fáza a plynná fáza. V prvom type motorov je štiepny materiál umiestnený v tyčových zostavách s rozvinutým povrchom. To umožňuje efektívne ohrievať plynnú pracovnú tekutinu, zvyčajne ako pracovná tekutina pôsobí vodík. Rýchlosť výfuku je obmedzená maximálnou teplotou pracovnej tekutiny, ktorá zase priamo závisí od maximálnej prípustnej teploty konštrukčných prvkov, a nepresahuje 3000 K. V motoroch jadrových rakiet v plynnej fáze je štiepna látka je v plynnom stave. Jeho zadržanie v pracovnej oblasti sa vykonáva vystavením elektromagnetickému poľu. Pre tento typ jadrových raketových motorov nie sú konštrukčné prvky odstrašujúce, takže rýchlosť výdychu pracovnej tekutiny môže presiahnuť 30 km/s. Môžu byť použité ako motory prvého stupňa napriek úniku štiepneho materiálu.

V 70. rokoch. 20. storočie v USA a Sovietskom zväze boli aktívne testované jadrové raketové motory so štiepnym materiálom v pevnej fáze. V Spojených štátoch amerických sa v rámci programu NERVA vyvíjal program na vytvorenie experimentálneho jadrového raketového motora.

Američania vyvinuli grafitový reaktor chladený kvapalným vodíkom, ktorý sa zahrieval, odparoval a vystreľoval cez raketovú dýzu. Výber grafitu bol spôsobený jeho teplotnou odolnosťou. Podľa tohto projektu mal byť špecifický impulz výsledného motora dvojnásobkom zodpovedajúceho ukazovateľa charakteristického pre chemické motory, s ťahom 1100 kN. Reaktor Nerva mal fungovať ako súčasť tretieho stupňa nosnej rakety Saturn V, no vzhľadom na uzavretie lunárneho programu a absenciu iných úloh pre raketové motory tejto triedy nebol reaktor nikdy v praxi odskúšaný.

V súčasnosti je jadrový raketový motor v plynnej fáze v štádiu teoretického vývoja. V jadrovom motore v plynnej fáze sa má používať plutónium, ktorého pomaly sa pohybujúci prúd plynu je obklopený rýchlejším prúdom chladiaceho vodíka. Na orbitálnych vesmírnych staniciach MIR a ISS sa uskutočnili experimenty, ktoré môžu dať impulz pre ďalší vývoj motorov na plynnú fázu.

Dnes môžeme povedať, že Rusko svoj výskum v oblasti jadrových pohonných systémov trochu „zmrazilo“. Práca ruských vedcov je viac zameraná na vývoj a zdokonaľovanie základných komponentov a zostáv pohonných systémov jadrovej energie, ako aj ich unifikáciu. Prioritným smerom ďalšieho výskumu v tejto oblasti je vytvorenie jadrových elektrární schopných prevádzky v dvoch režimoch. Prvým je režim jadrového raketového motora a druhým režim inštalácie výroby elektriny na napájanie zariadenia inštalovaného na palube kozmickej lode.

Koncom minulého roka ruské strategické raketové sily testovali úplne novú zbraň, ktorej existencia, ako sa predtým myslelo, bola nemožná. Krížová strela s jadrovým pohonom, označená vojenskými expertmi 9M730, je presne tou novou zbraňou, o ktorej prezident Putin hovoril vo svojom prejave k Federálnemu zhromaždeniu. Test rakety vraj prebehol na testovacom mieste Novaja Zemlya, predbežne koncom jesene 2017, presné údaje však nebudú čoskoro odtajnené. Vývojárom rakety je tiež pravdepodobne Novator Experimental Design Bureau (Jekaterinburg). Podľa kompetentných zdrojov raketa zasiahla cieľ v normálnom režime a testy boli uznané za úplne úspešné. Ďalej sa v médiách objavili údajné fotografie odpálenia (hore) novej rakety s jadrovou elektrárňou a dokonca aj nepriame dôkazy súvisiace s prítomnosťou v predpokladanom čase testovania v bezprostrednej blízkosti miesta testovania „lietajúceho“. laboratórium“ Il-976 LII Gromov so značkami Rosatom. Vynorilo sa však viac otázok. Je deklarovaná schopnosť rakety lietať neobmedzený dosah reálna a ako sa to dosahuje?

Charakteristika riadenej strely s jadrovou elektrárňou

Charakteristiky riadenej strely s jadrovým pohonom, ktoré sa objavili v médiách bezprostredne po prejave Vladimíra Putina, sa môžu líšiť od skutočných, ktoré budú známe neskôr. K dnešnému dňu sa stali verejnosťou tieto údaje o veľkosti a výkonových charakteristikách rakety:

Dĺžka
- Domov- nie menej ako 12 metrov,
- pochodujúce- nie menej ako 9 metrov,

Priemer tela rakety- asi 1 meter,
Šírka trupu- asi 1,5 metra,
výška chvosta- 3,6 - 3,8 metra

Princíp činnosti ruskej riadenej strely s jadrovým pohonom

Vývoj rakiet s jadrovou elektrárňou vykonávalo niekoľko krajín naraz a vývoj sa začal vo vzdialených šesťdesiatych rokoch. Konštrukcie navrhnuté inžiniermi sa líšili len v detailoch, zjednodušene možno princíp činnosti opísať takto: jadrový reaktor ohrieva zmes vstupujúcu do špeciálnych nádob (rôzne varianty, od čpavku po vodík) s následným vyhadzovaním cez dýzy pod vysoký tlak. Verzia riadenej strely, o ktorej hovoril ruský prezident, však nezodpovedá žiadnemu z príkladov vyvinutých skôr.

Faktom je, že podľa Putina má raketa takmer neobmedzený dolet. To, samozrejme, nemožno chápať tak, že raketa môže lietať roky, ale možno to považovať za priamy náznak toho, že jej dolet je mnohonásobne väčší ako dosah moderných riadených striel. S druhým bodom, ktorý nemožno prehliadnuť, súvisí aj deklarovaný neobmedzený letový dosah a teda aj prevádzka pohonnej jednotky riadenej strely. Napríklad heterogénny tepelný neutrónový reaktor testovaný v motore RD-0410, ktorý vyvinuli Kurchatov, Keldysh a Korolev, mal skúšobnú životnosť iba 1 hodinu a v tomto prípade nemôže existovať neobmedzený dosah takejto plavby. strela s jadrovým motorom.reč.

To všetko naznačuje, že ruskí vedci navrhli úplne nový, predtým neuvažovaný koncept konštrukcie, v ktorom sa na zahrievanie a následné vyhadzovanie z dýzy používa látka, ktorá má oveľa ekonomickejšie zdroje na výdavky na veľké vzdialenosti. Ako príklad môže ísť o jadrový vzduchový prúdový motor (NaVRD) úplne nového typu, v ktorom je pracovnou hmotou atmosférický vzduch vháňaný do pracovných nádrží kompresormi, ohrievaný jadrovým zariadením s následným vrhaním cez dýzy.

Za zmienku tiež stojí, že riadená strela s jadrovou elektrárňou, ktorú oznámil Vladimír Putin, je schopná lietať okolo zón aktívnej prevádzky systémov protivzdušnej obrany a protiraketovej obrany, ako aj udržiavať cestu k cieľu na nízkej a ultra- nízkych nadmorských výškach. To je možné len vybavením rakety systémami sledujúcimi terén, ktoré sú odolné voči rušeniu vytváranému nepriateľským elektronickým bojovým vybavením.

Rusko bolo a stále zostáva lídrom v oblasti jadrovej vesmírnej energie. Organizácie ako RSC Energia a Roskosmos majú skúsenosti s navrhovaním, stavbou, spúšťaním a prevádzkou kozmických lodí vybavených jadrovým zdrojom energie. Jadrový motor umožňuje prevádzkovať lietadlá mnoho rokov, čím sa výrazne zvyšuje ich praktická vhodnosť.

historická kronika

Dodanie výskumného zariadenia na obežnú dráhu vzdialených planét slnečnej sústavy si zároveň vyžaduje zvýšenie zdrojov takéhoto jadrového zariadenia na 5 až 7 rokov. Bolo dokázané, že komplex s jadrovým pohonným systémom s výkonom okolo 1 MW ako súčasť výskumnej kozmickej lode umožní zrýchlené dodávanie umelých satelitov najvzdialenejších planét, planetárnych roverov na povrch prirodzených satelitov týchto planét. a dodávka pôdy z komét, asteroidov, Merkúru a satelitov Jupitera a Saturnu.

Opakovane použiteľný remorkér (MB)

Jedným z najdôležitejších spôsobov zvýšenia efektívnosti dopravných operácií vo vesmíre je opakovane použiteľné využitie prvkov dopravného systému. Jadrový motor pre kozmické lode s výkonom najmenej 500 kW umožňuje vytvoriť opätovne použiteľný remorkér a tým výrazne zvýšiť efektivitu viacčlánkového vesmírneho transportného systému. Takýto systém je užitočný najmä v programe na zabezpečenie veľkých ročných tokov nákladu. Príkladom môže byť program prieskumu Mesiaca s vytvorením a údržbou neustále rastúcej obývateľnej základne a experimentálnych technologických a priemyselných komplexov.

Výpočet obratu nákladu

Podľa projektových štúdií RSC Energia by počas výstavby základne mali byť na povrch Mesiaca dodané moduly s hmotnosťou približne 10 ton, na obežnú dráhu Mesiaca až 30 ton. základne je 400-500 ton.

Princíp činnosti jadrového motora však neumožňuje dostatočne rýchlo rozptýliť transportér. Z dôvodu dlhého času prepravy, a teda aj značného času stráveného nákladom v radiačných pásoch Zeme, nie je možné všetok náklad doručiť pomocou remorkérov s jadrovým pohonom. Preto sa nákladný tok, ktorý je možné zabezpečiť na základe NEP, odhaduje len na 100-300 ton/rok.

Ekonomická efektívnosť

Ako kritérium ekonomickej efektívnosti interorbitálneho transportného systému je vhodné použiť hodnotu jednotkových nákladov na prepravu jednotkovej hmotnosti užitočného zaťaženia (PG) z povrchu Zeme na cieľovú obežnú dráhu. RSC Energia vyvinula ekonomický a matematický model, ktorý zohľadňuje hlavné nákladové zložky v dopravnom systéme:

• na vytvorenie a vypustenie vlečných modulov na obežnú dráhu;
• na nákup funkčného jadrového zariadenia;
• prevádzkové náklady, ako aj náklady na výskum a vývoj a prípadné kapitálové náklady.

Ukazovatele nákladov závisia od optimálnych parametrov MB. Pomocou tohto modelu sa študovala porovnávacia ekonomická efektívnosť použitia opakovane použiteľného remorkéra založeného na jadrovom pohone s výkonom okolo 1 MW a jednorazového remorkéra založeného na pokročilých kvapalných pohonných systémoch v programe na dodanie užitočného zaťaženia s celkovou hmotnosťou 100 t/rok zo Zeme na obežnú dráhu Mesiaca s výškou 100 km. Pri použití rovnakej nosnej rakety s nosnosťou rovnajúcou sa nosnej kapacite nosnej rakety Proton-M a schémy dvoch štartov na konštrukciu dopravného systému, jednotkové náklady na dodanie jednotkovej hmotnosti užitočného zaťaženia pomocou remorkéra založeného na jadrového motora bude trikrát nižšia ako pri použití jednorazových remorkérov na báze rakiet s kvapalinovými motormi typu DM-3.

Záver

Efektívny jadrový motor pre vesmír prispieva k riešeniu environmentálnych problémov Zeme, pilotovaný let na Mars, vytvorenie bezdrôtového systému prenosu energie vo vesmíre, implementácia vysoko nebezpečného rádioaktívneho odpadu z pozemnej jadrovej energie so zvýšenou bezpečnosťou, vytvorenie obývateľnej lunárnej základne a začatie priemyselného prieskumu Mesiaca, ktorý zabezpečí ochranu Zeme pred nebezpečenstvom asteroidov a komét.