เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ และระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของจรวดนิวเคลียร์ เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เป็นอนาคตของการบินอวกาศ

พบบทความที่น่าสนใจ โดยทั่วไปแล้ว ยานอวกาศนิวเคลียร์สนใจฉันมาตลอด นี่คืออนาคตของอวกาศ มีการดำเนินการอย่างกว้างขวางในหัวข้อนี้ในสหภาพโซเวียต บทความนี้เป็นเพียงเกี่ยวกับพวกเขา

สู่อวกาศด้วยพลังงานนิวเคลียร์ ความฝันและความเป็นจริง.

วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ Yu. Stavissky

ในปี 1950 ฉันปกป้องประกาศนียบัตรของฉันในฐานะวิศวกร-นักฟิสิกส์ที่สถาบันเครื่องกลมอสโก (MMI) ของกระทรวงกระสุนปืน เมื่อห้าปีก่อน ในปี พ.ศ. 2488 คณะวิศวกรรมศาสตร์และฟิสิกส์ได้ก่อตั้งขึ้นที่นั่น เพื่อเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการฝึกอบรมสำหรับอุตสาหกรรมใหม่ ซึ่งมีหน้าที่หลักในการผลิตอาวุธนิวเคลียร์ คณะไม่เป็นสองรองใคร นอกเหนือจากฟิสิกส์พื้นฐานในขอบเขตของหลักสูตรมหาวิทยาลัย (วิธีฟิสิกส์คณิตศาสตร์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ กลศาสตร์ควอนตัม ไฟฟ้าพลศาสตร์ ฟิสิกส์สถิติ และอื่นๆ) เราได้รับการสอนในสาขาวิชาวิศวกรรมศาสตร์อย่างเต็มรูปแบบ: เคมี โลหะวิทยา ความแข็งแกร่งของวัสดุ ทฤษฎี ของกลไกและเครื่องจักร ฯลฯ สร้างขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียตผู้มีชื่อเสียง Alexander Ilyich Leypunsky คณะวิศวกรรมศาสตร์และฟิสิกส์ของ MMI เติบโตขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปในสถาบันวิศวกรรมและฟิสิกส์แห่งมอสโก (MEPhI) คณะวิศวกรรมศาสตร์และฟิสิกส์อีกคณะหนึ่ง ซึ่งต่อมาได้รวมเข้ากับ MEPhI ได้ถูกก่อตั้งขึ้นที่สถาบันวิศวกรรมพลังงานมอสโก (MPEI) แต่หากที่ MMI เน้นที่ฟิสิกส์พื้นฐานเป็นหลัก ดังนั้นที่ Energetic Institute ก็จะเป็นวิชาฟิสิกส์ความร้อนและไฟฟ้า

เราศึกษากลศาสตร์ควอนตัมจากหนังสือของ Dmitry Ivanovich Blokhintsev ลองนึกภาพความประหลาดใจของฉันเมื่อฉันถูกส่งไปทำงานกับเขาเมื่อได้รับมอบหมายงาน ฉันเป็นนักทดลองตัวยง (ตอนเด็กๆ ฉันแยกนาฬิกาทุกเรือนในบ้านออก) และทันใดนั้นฉันก็พบว่าตัวเองอยู่กับนักทฤษฎีชื่อดัง ฉันถูกจับกุมด้วยความตื่นตระหนกเล็กน้อย แต่เมื่อมาถึงสถานที่ - "วัตถุ B" ของกระทรวงกิจการภายในของสหภาพโซเวียตใน Obninsk - ฉันรู้ทันทีว่าฉันกำลังกังวลอย่างไร้ประโยชน์

มาถึงตอนนี้หัวข้อหลักของ "Object B" ซึ่งจนถึงเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2493 จริง ๆ แล้วนำโดย A.I. Leypunsky ได้ก่อตัวขึ้นแล้ว ที่นี่พวกเขาสร้างเครื่องปฏิกรณ์พร้อมการขยายพันธุ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - "ตัวผสมพันธุ์เร็ว" ในฐานะผู้อำนวยการ Blokhintsev ได้ริเริ่มการพัฒนาทิศทางใหม่ - การสร้างเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์สำหรับการบินอวกาศ การเรียนรู้พื้นที่เป็นความฝันอันยาวนานของ Dmitry Ivanovich แม้แต่ในวัยหนุ่มเขาก็ติดต่อและพบกับ K.E. ทซิโอลคอฟสกี้ ฉันคิดว่าการเข้าใจความเป็นไปได้มหาศาลของพลังงานนิวเคลียร์ซึ่งมีค่าความร้อนสูงกว่าเชื้อเพลิงเคมีที่ดีที่สุดหลายล้านเท่าได้กำหนดเส้นทางชีวิตของ D.I. โบลคินเซวา
“ไม่เห็นหน้ากัน”...ช่วงปีนั้นเราไม่ค่อยเข้าใจอะไรมากนัก เฉพาะตอนนี้เมื่อมีโอกาสมาถึงในที่สุดเพื่อเปรียบเทียบการกระทำและชะตากรรมของนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นของสถาบันฟิสิกส์และพลังงาน (PEI) - อดีต "วัตถุ B" ซึ่งเปลี่ยนชื่อเมื่อวันที่ 31 ธันวาคม 2509 - ถูกต้องตามที่ดูเหมือน สำหรับผม ความเข้าใจในแนวคิดที่กระตุ้นให้พวกเขาในขณะนั้นเกิดขึ้น ด้วยกิจกรรมที่หลากหลายที่สถาบันต้องจัดการ จึงเป็นไปได้ที่จะระบุสาขาวิทยาศาสตร์ที่มีความสำคัญซึ่งอยู่ในขอบเขตความสนใจของนักฟิสิกส์ชั้นนำ

ความสนใจหลักของ AIL (ตามที่ Alexander Ilyich Leypunsky ถูกเรียกตัวที่สถาบัน) คือการพัฒนาพลังงานทั่วโลกโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบ fast Breeder (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ไม่มีข้อจำกัดด้านทรัพยากรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์) เป็นการยากที่จะประเมินค่าสูงไปถึงความสำคัญของปัญหา "จักรวาล" อย่างแท้จริงซึ่งเขาอุทิศให้กับช่วงไตรมาสสุดท้ายของชีวิตของเขา Leypunsky ใช้พลังงานจำนวนมากในการป้องกันประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับเรือดำน้ำและเครื่องบินหนัก

ความสนใจ Blokhintsev (เขาได้รับฉายาว่า "D.I") มีวัตถุประสงค์เพื่อแก้ไขปัญหาการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการบินอวกาศ น่าเสียดายที่ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เขาถูกบังคับให้ออกจากงานนี้และเป็นผู้นำในการสร้างศูนย์วิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติ - สถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ใน Dubna ที่นั่นเขาทำงานเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์แบบพัลส์เร็ว - IBR นี่กลายเป็นสิ่งที่ยิ่งใหญ่ครั้งสุดท้ายในชีวิตของเขา

หนึ่งเป้าหมาย - หนึ่งทีม

ดิ. Blokhintsev ผู้สอนที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกในช่วงปลายทศวรรษ 1940 สังเกตเห็นที่นั่น จากนั้นจึงเชิญนักฟิสิกส์หนุ่ม Igor Bondarenko ผู้ซึ่งคลั่งไคล้ยานอวกาศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์อย่างแท้จริงมาทำงานใน Obninsk หัวหน้างานด้านวิทยาศาสตร์คนแรกของเขาคือ A.I. Leypunsky และ Igor จัดการกับหัวข้อของเขาโดยธรรมชาติ - พ่อพันธุ์แม่พันธุ์ที่รวดเร็ว

ภายใต้ D.I. Blokhintsev กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่ก่อตั้งขึ้นรอบๆ Bondarenko ซึ่งรวมตัวกันเพื่อแก้ไขปัญหาการใช้พลังงานปรมาณูในอวกาศ นอกจาก Igor Ilyich Bondarenko แล้วกลุ่มยังรวมถึง: Viktor Yakovlevich Pupko, Edwin Aleksandrovich Stumbur และผู้เขียนบรรทัดเหล่านี้ นักอุดมการณ์หลักคืออิกอร์ เอ็ดวินทำการศึกษาทดลองเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบจำลองภาคพื้นดินในการติดตั้งในอวกาศ ฉันทำงานกับเครื่องยนต์จรวด "แรงขับต่ำ" เป็นหลัก (แรงขับในนั้นถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องเร่งชนิดหนึ่ง - "แรงขับไอออน" ซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศ) เราตรวจสอบกระบวนการต่างๆ
ไหลอยู่ในตัวขับเคลื่อนไอออน บนพื้นยืน

เกี่ยวกับ Viktor Pupko (ในอนาคต
เขาเป็นหัวหน้าแผนกเทคโนโลยีอวกาศของ IPPE) มีงานองค์กรมากมาย Igor Ilyich Bondarenko เป็นนักฟิสิกส์ที่โดดเด่น เขามีความรู้สึกกระตือรือร้นในการทดลองและทำการทดลองที่เรียบง่าย งดงาม และมีประสิทธิภาพมาก ฉันคิดว่าไม่มีนักทดลองและอาจมีนักทฤษฎีเพียงไม่กี่คนที่ "รู้สึก" ฟิสิกส์พื้นฐาน ตอบสนอง เปิดกว้างและเป็นมิตรเสมอ Igor คือจิตวิญญาณของสถาบันอย่างแท้จริง จนถึงทุกวันนี้ IPPE ดำเนินชีวิตตามแนวคิดของเขา Bondarenko มีชีวิตที่สั้นอย่างไม่ยุติธรรม ในปีพ.ศ. 2507 เมื่ออายุได้ 38 ปี เขาเสียชีวิตอย่างน่าอนาถเนื่องจากความผิดพลาดทางการแพทย์ ประหนึ่งว่าพระเจ้าทอดพระเนตรเห็นว่ามนุษย์ทำไปมากเพียงใด จึงตัดสินใจว่ามันมากเกินไปและตรัสว่า “พอแล้ว”

อดไม่ได้ที่จะนึกถึงบุคลิกที่เป็นเอกลักษณ์อีกประการหนึ่ง - Vladimir Aleksandrovich Malykh นักเทคโนโลยี "จากพระเจ้า" Leskovsky Lefty สมัยใหม่ หาก "ผลิตภัณฑ์" ของนักวิทยาศาสตร์ที่กล่าวมาข้างต้นส่วนใหญ่เป็นแนวคิดและคำนวณการประมาณการความเป็นจริง งานของ Malykh ย่อมมีผลลัพธ์ "ในโลหะ" เสมอ ภาคเทคโนโลยีของบริษัท ซึ่งในช่วงเวลารุ่งเรืองของ IPPE มีพนักงานมากกว่าสองพันคน สามารถทำอะไรก็ได้โดยไม่ต้องพูดเกินจริง นอกจากนี้ตัวเขาเองยังมีบทบาทสำคัญอยู่เสมอ

วีเอ Malykh เริ่มต้นจากการเป็นผู้ช่วยห้องปฏิบัติการที่สถาบันวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ของมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกโดยสำเร็จการศึกษาวิชาฟิสิกส์สามหลักสูตร; ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 เขาสามารถสร้างเทคโนโลยีสำหรับการผลิตเซรามิกทางเทคนิคโดยใช้เบริลเลียมออกไซด์ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กทริกที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งมีการนำความร้อนสูง ก่อนที่ Malykh หลายคนต้องดิ้นรนกับปัญหานี้ไม่สำเร็จ และเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเชิงพาณิชย์และยูเรเนียมธรรมชาติ ซึ่งพัฒนาโดยเขาสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก ถือเป็นปาฏิหาริย์ในสมัยนั้นและแม้กระทั่งทุกวันนี้ หรือองค์ประกอบเชื้อเพลิงความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์-เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างโดย Malykh เพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศ - "พวงมาลัย" จนถึงขณะนี้ยังไม่มีอะไรดีขึ้นในบริเวณนี้ ผลงานสร้างสรรค์ของ Malykh ไม่ใช่ของเล่นสาธิต แต่เป็นองค์ประกอบของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ พวกเขาทำงานมาหลายเดือนและหลายปี Vladimir Aleksandrovich กลายเป็นดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์เทคนิคผู้ได้รับรางวัล Lenin Prize ฮีโร่แห่งแรงงานสังคมนิยม ในปี 1964 เขาเสียชีวิตอย่างน่าอนาถจากผลที่ตามมาของกระสุนปืนช็อตของทหาร

เป็นขั้นเป็นตอน

เอส.พี. Korolev และ D.I. Blokhintsev ได้ปลูกฝังความฝันในการบินอวกาศโดยมนุษย์มาเป็นเวลานาน มีการสร้างความสัมพันธ์ในการทำงานที่ใกล้ชิดระหว่างพวกเขา แต่ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ซึ่งเป็นช่วงที่สงครามเย็นถึงจุดสูงสุด ไม่มีการงดค่าใช้จ่ายใด ๆ ไว้เพียงเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารเท่านั้น เทคโนโลยีจรวดถือเป็นเพียงพาหะของประจุนิวเคลียร์เท่านั้นและไม่ได้คิดถึงดาวเทียมด้วยซ้ำ ในขณะเดียวกัน Bondarenko ซึ่งทราบเกี่ยวกับความสำเร็จล่าสุดของนักวิทยาศาสตร์ด้านจรวดได้สนับสนุนการสร้างดาวเทียมโลกเทียมอย่างต่อเนื่อง ต่อมาไม่มีใครจำสิ่งนี้ได้

ประวัติความเป็นมาของการสร้างจรวดที่นำยูริ กาการิน นักบินอวกาศคนแรกของโลกขึ้นสู่อวกาศนั้นน่าสนใจ เกี่ยวข้องกับชื่อของ Andrei Dmitrievich Sakharov ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940 เขาได้พัฒนาประจุแบบฟิชชัน-เทอร์โมนิวเคลียร์ที่เรียกว่า "พัฟ" ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นอิสระจาก "บิดาแห่งระเบิดไฮโดรเจน" เอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ ผู้เสนอผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันที่เรียกว่า "นาฬิกาปลุก" อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้า Teller ก็ตระหนักได้ว่าประจุนิวเคลียร์ของการออกแบบดังกล่าวจะมีพลังงาน "จำกัด" หรือเทียบเท่าได้ไม่เกิน ~ 500 กิโลตันเทียบเท่า นี่ไม่เพียงพอสำหรับอาวุธที่ "สมบูรณ์" ดังนั้น "นาฬิกาปลุก" จึงถูกละทิ้ง ในสหภาพในปี 1953 พัฟเพสต์ RDS-6s ของ Sakharov ถูกระเบิด

หลังจากการทดสอบที่ประสบความสำเร็จและการเลือกตั้งของ Sakharov ในฐานะนักวิชาการ V.A. หัวหน้ากระทรวงอาคารเครื่องจักรขนาดกลางในขณะนั้น Malyshev เชิญเขามาที่บ้านของเขาและมอบหมายหน้าที่ให้เขากำหนดพารามิเตอร์ของระเบิดรุ่นต่อไป Andrei Dmitrievich ประเมิน (โดยไม่มีการศึกษาโดยละเอียด) น้ำหนักของประจุใหม่ที่ทรงพลังกว่ามาก รายงานของ Sakharov เป็นพื้นฐานสำหรับมติของคณะกรรมการกลาง CPSU และคณะรัฐมนตรีของสหภาพโซเวียตซึ่งบังคับให้ S.P. Korolev จะพัฒนายานยิงขีปนาวุธสำหรับภารกิจนี้ มันคือจรวด R-7 ที่เรียกว่า "วอสตอค" ที่ส่งดาวเทียมโลกเทียมขึ้นสู่วงโคจรในปี 2500 และยานอวกาศร่วมกับยูริ กาการินในปี 2504 ไม่มีแผนที่จะใช้เป็นพาหะของประจุนิวเคลียร์หนักเนื่องจากการพัฒนาอาวุธแสนสาหัสใช้เส้นทางที่แตกต่างออกไป

ในระยะเริ่มแรกของโครงการนิวเคลียร์อวกาศ IPPE ร่วมกับสำนักออกแบบ V.N. Chelomeya กำลังพัฒนาขีปนาวุธร่อนนิวเคลียร์ ทิศทางนี้ไม่ได้พัฒนาเป็นเวลานานและจบลงด้วยการคำนวณและการทดสอบองค์ประกอบเครื่องยนต์ที่สร้างขึ้นในแผนก V.A. มาลีคา. โดยพื้นฐานแล้วเรากำลังพูดถึงเครื่องบินไร้คนขับที่บินต่ำพร้อมเครื่องยนต์นิวเคลียร์ ramjet และหัวรบนิวเคลียร์ (อะนาล็อกนิวเคลียร์ชนิดหนึ่งของ "แมลงหึ่ง" - V-1 ของเยอรมัน) ระบบนี้เปิดตัวโดยใช้เครื่องกระตุ้นจรวดแบบธรรมดา หลังจากไปถึงความเร็วที่กำหนด แรงผลักดันถูกสร้างขึ้นโดยอากาศในชั้นบรรยากาศ ซึ่งได้รับความร้อนจากปฏิกิริยาลูกโซ่ของฟิชชันของเบริลเลียมออกไซด์ที่ชุบด้วยยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ

โดยทั่วไปแล้ว ความสามารถของจรวดในการทำงานด้านอวกาศนั้นถูกกำหนดโดยความเร็วที่จรวดได้รับหลังจากใช้ของเหลวทำงานจนหมด (เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์) คำนวณโดยใช้สูตร Tsiolkovsky: V = c×lnMn/ Mk โดยที่ c คือความเร็วไอเสียของของไหลทำงาน และ Mn และ Mk คือมวลเริ่มต้นและมวลสุดท้ายของจรวด ในจรวดเคมีทั่วไป ความเร็วไอเสียถูกกำหนดโดยอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ ประเภทของเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ และน้ำหนักโมเลกุลของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ ตัวอย่างเช่น ชาวอเมริกันใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในโมดูลการสืบเชื้อสายเพื่อส่งนักบินอวกาศลงจอดบนดวงจันทร์ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้คือน้ำซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลค่อนข้างต่ำและอัตราการไหลสูงกว่าการเผาไหม้น้ำมันก๊าดถึง 1.3 เท่า นี่เพียงพอแล้วสำหรับยานพาหนะสืบเชื้อสายกับนักบินอวกาศที่จะไปถึงพื้นผิวดวงจันทร์แล้วส่งกลับไปยังวงโคจรของดาวเทียมเทียม งานของ Korolev เกี่ยวกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกระงับเนื่องจากอุบัติเหตุที่มีผู้เสียชีวิต เราไม่มีเวลาที่จะสร้างยานลงจอดบนดวงจันทร์สำหรับมนุษย์

วิธีหนึ่งในการเพิ่มอัตราไอเสียอย่างมีนัยสำคัญคือการสร้างจรวดความร้อนนิวเคลียร์ สำหรับเราสิ่งเหล่านี้เป็นขีปนาวุธนิวเคลียร์ (BAR) ที่มีพิสัยหลายพันกิโลเมตร (โครงการร่วมของ OKB-1 และ IPPE) ในขณะที่ชาวอเมริกันใช้ระบบประเภท "กีวี" ที่คล้ายกัน เครื่องยนต์ได้รับการทดสอบที่สถานที่ทดสอบใกล้กับเซมิพาลาตินสค์และเนวาดา หลักการทำงานมีดังนี้: ไฮโดรเจนถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อุณหภูมิสูงผ่านเข้าสู่สถานะอะตอมและในรูปแบบนี้ไหลออกจากจรวด ในกรณีนี้ ความเร็วไอเสียจะเพิ่มขึ้นมากกว่าสี่เท่าเมื่อเทียบกับจรวดไฮโดรเจนเคมี คำถามคือต้องค้นหาว่าไฮโดรเจนสามารถให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีเซลล์เชื้อเพลิงแข็งได้ที่อุณหภูมิเท่าใด การคำนวณให้ค่าประมาณ 3,000°K

ที่ NII-1 ซึ่งมีผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์คือ Mstislav Vsevolodovich Keldysh (จากนั้นเป็นประธานของ USSR Academy of Sciences) แผนกของ V.M. Ievleva ซึ่งมีส่วนร่วมของ IPPE กำลังทำงานในโครงการที่ยอดเยี่ยมอย่างยิ่ง - เครื่องปฏิกรณ์แบบเฟสก๊าซซึ่งมีปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นในส่วนผสมก๊าซของยูเรเนียมและไฮโดรเจน ไฮโดรเจนไหลออกจากเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวเร็วกว่าเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงแข็งถึงสิบเท่า ในขณะที่ยูเรเนียมถูกแยกออกและยังคงอยู่ในแกนกลาง แนวคิดประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้การแยกแบบแรงเหวี่ยง เมื่อส่วนผสมของก๊าซร้อนของยูเรเนียมและไฮโดรเจนถูก "หมุนวน" โดยไฮโดรเจนเย็นที่เข้ามา ซึ่งเป็นผลมาจากการแยกยูเรเนียมและไฮโดรเจนออกจากเครื่องหมุนเหวี่ยง Ievlev พยายามจำลองกระบวนการในห้องเผาไหม้ของจรวดเคมีโดยตรง โดยใช้เป็นแหล่งพลังงาน ไม่ใช่ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แต่เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน นี่เป็นการเปิดทางไปสู่การใช้พลังงานของนิวเคลียสของอะตอมอย่างเต็มที่ แต่คำถามเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ (โดยไม่มียูเรเนียม) จะไหลออกจากเครื่องปฏิกรณ์ยังคงไม่ได้รับการแก้ไข ไม่ต้องพูดถึงปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการรักษาส่วนผสมของก๊าซอุณหภูมิสูงที่ความดันบรรยากาศหลายร้อยบรรยากาศ

งานของ IPPE เกี่ยวกับขีปนาวุธนิวเคลียร์สิ้นสุดลงในปี พ.ศ. 2512-2513 ด้วย "การทดสอบไฟ" ที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ต้นแบบที่มีส่วนประกอบเชื้อเพลิงแข็ง มันถูกสร้างขึ้นโดย IPPE โดยความร่วมมือกับ Voronezh Design Bureau A.D. Konopatov, Moscow Research Institute-1 และกลุ่มเทคโนโลยีอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง พื้นฐานของเครื่องยนต์ที่มีแรงขับ 3.6 ตันคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ IR-100 ที่มีองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ทำจากสารละลายแข็งของยูเรเนียมคาร์ไบด์และเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ อุณหภูมิไฮโดรเจนสูงถึง 3,000°K ด้วยกำลังเครื่องปฏิกรณ์ ~170 เมกะวัตต์

จรวดนิวเคลียร์แรงขับต่ำ

จนถึงตอนนี้เรากำลังพูดถึงจรวดที่มีแรงขับเกินน้ำหนักซึ่งสามารถปล่อยออกจากพื้นผิวโลกได้ ในระบบดังกล่าว การเพิ่มความเร็วไอเสียทำให้สามารถลดการจ่ายของไหลทำงาน เพิ่มน้ำหนักบรรทุก และลดการทำงานแบบหลายขั้นตอนได้ อย่างไรก็ตาม มีหลายวิธีที่จะบรรลุความเร็วการไหลออกที่ไม่จำกัดในทางปฏิบัติ เช่น การเร่งความเร็วของสสารด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ฉันทำงานในพื้นที่นี้โดยติดต่ออย่างใกล้ชิดกับ Igor Bondarenko มาเกือบ 15 ปี

ความเร่งของจรวดด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า (EPE) ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของกำลังไฟฟ้าจำเพาะของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อวกาศ (SNPP) ที่ติดตั้งอยู่กับความเร็วไอเสีย ในอนาคตอันใกล้นี้ เห็นได้ชัดว่ากำลังไฟฟ้าเฉพาะของ KNPP จะไม่เกิน 1 kW/kg ในกรณีนี้ เป็นไปได้ที่จะสร้างจรวดที่มีแรงขับต่ำ น้อยกว่าน้ำหนักของจรวดหลายสิบถึงหลายร้อยเท่า และมีการใช้ของเหลวทำงานน้อยมาก จรวดดังกล่าวสามารถยิงได้จากวงโคจรของดาวเทียมโลกเทียมเท่านั้น และเร่งความเร็วอย่างช้าๆ ไปถึงความเร็วสูง

สำหรับการบินภายในระบบสุริยะ จรวดที่มีความเร็วไอเสีย 50-500 กม./วินาที เป็นสิ่งจำเป็น และสำหรับการบินสู่ดวงดาว ต้องใช้ “จรวดโฟตอน” ที่เหนือจินตนาการของเราด้วยความเร็วไอเสียเท่ากับความเร็วแสง เพื่อที่จะดำเนินการบินในอวกาศระยะไกลในช่วงเวลาที่เหมาะสม จำเป็นต้องมีความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่สามารถจินตนาการได้ของโรงไฟฟ้า ยังเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการว่ากระบวนการทางกายภาพนั้นจะขึ้นอยู่กับกระบวนการใด

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการเผชิญหน้าครั้งใหญ่ เมื่อโลกและดาวอังคารอยู่ใกล้กันมากที่สุด ก็เป็นไปได้ที่จะบินยานอวกาศนิวเคลียร์พร้อมลูกเรือไปยังดาวอังคารภายในหนึ่งปีและกลับสู่วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม น้ำหนักรวมของเรือดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 5 ตัน (รวมปริมาณสารทำงาน - ซีเซียมเท่ากับ 1.6 ตัน) ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยมวลของ KNPP ที่มีกำลัง 5 MW และแรงขับของไอพ่นถูกกำหนดโดยลำแสงซีเซียมไอออนขนาด 2 เมกะวัตต์ที่มีพลังงาน 7 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ * เรือลำนี้เปิดตัวจากวงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม เข้าสู่วงโคจรของดาวเทียมดาวอังคาร และจะต้องลงสู่พื้นผิวบนอุปกรณ์ที่มีเครื่องยนต์เคมีไฮโดรเจน คล้ายกับดวงจันทร์ของอเมริกา

งาน IPPE จำนวนมากได้ทุ่มเทให้กับพื้นที่นี้ โดยอาศัยโซลูชันทางเทคนิคที่มีอยู่ในปัจจุบัน

การขับเคลื่อนด้วยไอออน

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา มีการพูดคุยถึงวิธีการสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าต่างๆ สำหรับยานอวกาศ เช่น "ปืนพลาสมา" เครื่องเร่งไฟฟ้าสถิตของ "ฝุ่น" หรือหยดของเหลว อย่างไรก็ตาม ไม่มีความคิดใดที่มีพื้นฐานทางกายภาพที่ชัดเจน การค้นพบครั้งนี้คือการแตกตัวเป็นไอออนของซีเซียมที่พื้นผิว

ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เออร์วิงก์ แลงเมียร์ ค้นพบการไอออไนซ์ที่พื้นผิวของโลหะอัลคาไล เมื่ออะตอมซีเซียมระเหยออกจากพื้นผิวโลหะ (ในกรณีของเราคือทังสเตน) ซึ่งฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนมีค่ามากกว่าศักย์ไฟฟ้าไอออไนเซชันของซีเซียม ในกรณีเกือบ 100% จะสูญเสียอิเล็กตรอนที่มีพันธะอย่างอ่อนและกลายเป็นเพียงอะตอมเดียว ไอออนที่มีประจุ ดังนั้น การทำไอออนไนซ์ที่พื้นผิวของซีเซียมบนทังสเตนจึงเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ขับเคลื่อนไอออนโดยใช้ของไหลทำงานเกือบ 100% และด้วยประสิทธิภาพพลังงานที่ใกล้เคียงกับเอกภาพ

เพื่อนร่วมงานของเรา Stal Yakovlevich Lebedev มีบทบาทสำคัญในการสร้างแบบจำลองของระบบขับเคลื่อนไอออนประเภทนี้ ด้วยความพากเพียรและความอุตสาหะทำให้เขาเอาชนะอุปสรรคทั้งหมดได้ เป็นผลให้สามารถสร้างวงจรขับเคลื่อนไอออนสามอิเล็กโทรดแบบแบนในโลหะได้ อิเล็กโทรดตัวแรกคือแผ่นทังสเตนที่มีขนาดประมาณ 10x10 ซม. โดยมีศักย์ไฟฟ้า +7 kV อิเล็กโทรดอันที่สองคือกริดทังสเตนซึ่งมีศักย์ไฟฟ้า -3 kV และอันที่สามคือกริดทังสเตนทอเรียมซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ “ปืนโมเลกุล” ก่อให้เกิดลำแสงไอซีเซียมซึ่งตกลงบนพื้นผิวของแผ่นทังสเตนผ่านตะแกรงทั้งหมด แผ่นโลหะที่สมดุลและปรับเทียบแล้ว หรือที่เรียกว่าความสมดุล ทำหน้าที่ในการวัด "แรง" นั่นคือ แรงผลักดันของลำไอออน

แรงดันไฟฟ้าที่เร่งไปยังกริดแรกจะเร่งไอออนซีเซียมเป็น 10,000 eV ส่วนแรงดันไฟฟ้าที่ชะลอตัวไปยังกริดที่สองจะช้าลงเหลือ 7,000 eV นี่คือพลังงานที่ไอออนจะต้องออกจากทรัสเตอร์ ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วไอเสีย 100 กม./วินาที แต่ลำแสงไอออนที่ถูกจำกัดด้วยประจุอวกาศ ไม่สามารถ "ออกไปนอกอวกาศได้" ประจุปริมาตรของไอออนจะต้องได้รับการชดเชยด้วยอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพลาสมากึ่งเป็นกลาง ซึ่งกระจายไปในอวกาศโดยไม่มีสิ่งกีดขวางและสร้างแรงผลักดันปฏิกิริยา แหล่งที่มาของอิเล็กตรอนเพื่อชดเชยประจุปริมาตรของลำแสงไอออนคือกริดที่สาม (แคโทด) ที่ได้รับความร้อนจากกระแส ประการที่สอง "การปิดกั้น" กริดจะป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนเดินทางจากแคโทดไปยังแผ่นทังสเตน

ประสบการณ์ครั้งแรกกับแบบจำลองการขับเคลื่อนด้วยไอออนถือเป็นจุดเริ่มต้นของการทำงานมากว่าสิบปี หนึ่งในรุ่นล่าสุดที่มีตัวปล่อยทังสเตนที่มีรูพรุน สร้างขึ้นในปี 1965 สร้าง "แรงขับ" ประมาณ 20 กรัมที่กระแสลำแสงไอออนที่ 20 A มีอัตราการใช้พลังงานประมาณ 90% และการใช้สสารอยู่ที่ 95%

การแปลงความร้อนนิวเคลียร์เป็นไฟฟ้าโดยตรง

ยังไม่พบวิธีการแปลงพลังงานนิวเคลียร์ฟิชชันเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง เรายังทำไม่ได้หากไม่มีการเชื่อมโยงระหว่างกลาง - เครื่องยนต์ความร้อน เนื่องจากประสิทธิภาพของมันจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ ความร้อน "เสีย" จึงต้องถูกวางไว้ที่ไหนสักแห่ง ไม่มีปัญหากับสิ่งนี้บนบก ในน้ำ หรือในอากาศ ในอวกาศมีทางเดียวเท่านั้น - การแผ่รังสีความร้อน ดังนั้น KNPP จึงไม่สามารถทำได้หากไม่มี "ตัวปล่อยตู้เย็น" ความหนาแน่นของรังสีเป็นสัดส่วนกับกำลังสี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์ ดังนั้นอุณหภูมิของตู้เย็นที่แผ่รังสีควรสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จากนั้นจะสามารถลดพื้นที่ผิวที่แผ่รังสีและตามมวลของโรงไฟฟ้าได้ เราเกิดแนวคิดในการใช้การแปลงความร้อนนิวเคลียร์ "โดยตรง" เป็นไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้กังหันหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งดูน่าเชื่อถือกว่าสำหรับการทำงานระยะยาวที่อุณหภูมิสูง

จากวรรณกรรมที่เรารู้เกี่ยวกับผลงานของ A.F. Ioffe - ผู้ก่อตั้งโรงเรียนฟิสิกส์เทคนิคของสหภาพโซเวียตผู้บุกเบิกการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์ในสหภาพโซเวียต ปัจจุบันมีเพียงไม่กี่คนที่จำแหล่งที่มาในปัจจุบันที่เขาพัฒนาขึ้น ซึ่งใช้ในช่วงมหาสงครามแห่งความรักชาติ ในเวลานั้นมีการปลดพรรคพวกมากกว่าหนึ่งกลุ่มติดต่อกับแผ่นดินใหญ่ด้วย TEG "น้ำมันก๊าด" - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก Ioffe “มงกุฎ” ที่ทำจาก TEG (เป็นชุดขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์) วางอยู่บนตะเกียงน้ำมันก๊าด และสายไฟเชื่อมต่อกับอุปกรณ์วิทยุ ปลาย "ร้อน" ขององค์ประกอบถูกให้ความร้อนด้วยเปลวไฟของตะเกียงน้ำมันก๊าด ส่วนปลาย "เย็น" ถูกทำให้เย็นลงในอากาศ การไหลของความร้อนที่ไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ซึ่งเพียงพอสำหรับเซสชันการสื่อสาร และ TEG จะชาร์จแบตเตอรี่ในช่วงเวลาระหว่างกัน สิบปีหลังจากชัยชนะ เราไปเยี่ยมชมโรงงาน TEG ในมอสโก ปรากฎว่าพวกเขายังคงขายอยู่ ชาวบ้านจำนวนมากมีวิทยุ Rodina ราคาประหยัดพร้อมโคมไฟให้ความร้อนโดยตรงซึ่งใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ มักใช้ TAG แทน

ปัญหาของน้ำมันก๊าด TEG คือประสิทธิภาพต่ำ (ประมาณ 3.5%) และอุณหภูมิสูงสุดต่ำ (350°K) แต่ความเรียบง่ายและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เหล่านี้ดึงดูดนักพัฒนา ดังนั้นตัวแปลงเซมิคอนดักเตอร์ที่พัฒนาโดยกลุ่ม I.G. Gverdtsiteli จากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีสุขุมิ พบการประยุกต์ใช้ในการติดตั้งอวกาศประเภท Buk

ครั้งหนึ่ง A.F. Ioffe เสนอตัวแปลงความร้อนอีกตัวหนึ่ง - ไดโอดในสุญญากาศ หลักการทำงานของมันมีดังนี้: แคโทดที่ให้ความร้อนปล่อยอิเล็กตรอนออกมาซึ่งบางส่วนสามารถเอาชนะศักยภาพของแอโนดได้ คาดว่าจะมีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นมาก (20-25%) จากอุปกรณ์นี้ที่อุณหภูมิการทำงานสูงกว่า 1,000°K นอกจากนี้ ไดโอดสุญญากาศไม่เหมือนกับเซมิคอนดักเตอร์ตรงที่ไม่กลัวรังสีนิวตรอน และสามารถใช้ร่วมกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ อย่างไรก็ตามปรากฎว่าเป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำแนวคิดของตัวแปลง Ioffe แบบ "สูญญากาศ" ไปปฏิบัติ เช่นเดียวกับอุปกรณ์ขับเคลื่อนไอออน ในตัวแปลงสุญญากาศ คุณต้องกำจัดประจุอวกาศ แต่คราวนี้ไม่ใช่ไอออน แต่เป็นอิเล็กตรอน เอเอฟ Ioffe ตั้งใจที่จะใช้ช่องว่างระดับไมครอนระหว่างแคโทดและแอโนดในตัวแปลงสุญญากาศ ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงและการเสียรูปจากความร้อน นี่คือจุดที่ซีเซียมมีประโยชน์: ซีเซียมไอออนหนึ่งตัวที่เกิดจากไอออไนซ์ที่พื้นผิวที่แคโทดจะชดเชยประจุในอวกาศประมาณ 500 อิเล็กตรอน! โดยพื้นฐานแล้ว ซีเซียมคอนเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนไอออนแบบ "ย้อนกลับ" กระบวนการทางกายภาพในนั้นอยู่ใกล้กัน

“มาลัย” โดย V.A. มาลีคา

ผลลัพธ์ประการหนึ่งของการทำงานของ IPPE เกี่ยวกับตัวแปลงความร้อนคือการสร้าง V.A. Malykh และการผลิตแบบอนุกรมในแผนกองค์ประกอบเชื้อเพลิงจากตัวแปลงความร้อนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม - "มาลัย" สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ Topaz พวกเขาให้พลังงานสูงถึง 30 V ซึ่งมากกว่าตัวแปลงองค์ประกอบเดียวที่สร้างโดย "องค์กรคู่แข่ง" ถึงร้อยเท่า - กลุ่มเลนินกราด M.B. Barabash และต่อมา - สถาบันพลังงานปรมาณู สิ่งนี้ทำให้สามารถ "ดึง" พลังงานออกจากเครื่องปฏิกรณ์ได้มากขึ้นหลายสิบเท่า อย่างไรก็ตาม ความน่าเชื่อถือของระบบที่อัดแน่นไปด้วยองค์ประกอบความร้อนหลายพันองค์ประกอบ ทำให้เกิดความกังวล ในเวลาเดียวกัน โรงไฟฟ้ากังหันไอน้ำและก๊าซทำงานโดยไม่มีข้อผิดพลาด ดังนั้นเราจึงใส่ใจกับการแปลงความร้อนนิวเคลียร์เป็นพลังงานไฟฟ้าด้วย "เครื่องจักร"

ปัญหาทั้งหมดอยู่ที่ทรัพยากร เนื่องจากในการบินอวกาศระยะไกล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบจะต้องทำงานเป็นเวลาหนึ่งปี สองปี หรือแม้แต่หลายปี เพื่อลดการสึกหรอ "รอบ" (ความเร็วในการหมุนของกังหัน) ควรทำให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในทางกลับกัน กังหันจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพหากความเร็วของโมเลกุลของก๊าซหรือไอน้ำใกล้เคียงกับความเร็วของใบพัด ดังนั้นก่อนอื่นเราจึงพิจารณาการใช้ไอน้ำปรอทที่หนักที่สุด แต่เรารู้สึกหวาดกลัวกับการกัดกร่อนอย่างรุนแรงของเหล็กและสเตนเลสที่ถูกกระตุ้นด้วยรังสี ซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ระบายความร้อนด้วยสารปรอท ภายในสองสัปดาห์ การกัดกร่อน “กิน” องค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์เร็วทดลอง “เคลเมนไทน์” ที่ห้องปฏิบัติการ Argonne (สหรัฐอเมริกา, 1949) และเครื่องปฏิกรณ์ BR-2 ที่ IPPE (สหภาพโซเวียต, Obninsk, 1956)

ไอโพแทสเซียมกลายเป็นสิ่งดึงดูดใจ เครื่องปฏิกรณ์ที่มีโพแทสเซียมเดือดเป็นพื้นฐานของโรงไฟฟ้าที่เรากำลังพัฒนาสำหรับยานอวกาศที่มีแรงขับต่ำ - ไอน้ำโพแทสเซียมหมุนเครื่องเทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ วิธีการ "เครื่องจักร" ในการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าทำให้สามารถวางใจในประสิทธิภาพสูงถึง 40% ในขณะที่การติดตั้งเทอร์โมนิกจริงให้ประสิทธิภาพเพียงประมาณ 7% อย่างไรก็ตาม KNPP ที่ใช้การแปลงความร้อนนิวเคลียร์เป็นพลังงานไฟฟ้าแบบ "เครื่องจักร" ไม่ได้รับการพัฒนา เรื่องนี้จบลงด้วยการเผยแพร่รายงานโดยละเอียด ซึ่งถือเป็น "บันทึกทางกายภาพ" ของการออกแบบทางเทคนิคของยานอวกาศที่มีแรงขับต่ำสำหรับการบินแบบมีลูกเรือไปยังดาวอังคาร ตัวโครงการเองก็ไม่เคยได้รับการพัฒนา

ต่อมา ฉันคิดว่าความสนใจในการบินอวกาศโดยใช้เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ก็หายไป หลังจากการเสียชีวิตของ Sergei Pavlovich Korolev การสนับสนุนงานของ IPPE เกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยไอออนและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ "เครื่องจักร" ก็อ่อนแอลงอย่างเห็นได้ชัด OKB-1 นำโดย Valentin Petrovich Glushko ซึ่งไม่มีความสนใจในโครงการที่กล้าหาญและมีแนวโน้ม สำนักออกแบบพลังงานซึ่งเขาสร้างขึ้น ได้สร้างจรวดเคมีอันทรงพลังและยานอวกาศ Buran กลับมายังโลก

"บุค" และ "โทแพซ" บนดาวเทียมของซีรีส์ "คอสมอส"

ทำงานเกี่ยวกับการสร้าง KNPP ด้วยการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งปัจจุบันเป็นแหล่งพลังงานสำหรับดาวเทียมวิทยุที่ทรงพลัง (สถานีเรดาร์อวกาศและผู้แพร่ภาพกระจายเสียงโทรทัศน์) ดำเนินต่อไปจนกระทั่งเริ่มเปเรสทรอยกา ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2513 ถึง พ.ศ. 2531 มีการปล่อยดาวเทียมเรดาร์ประมาณ 30 ดวงขึ้นสู่อวกาศโดยมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บุคที่มีเครื่องปฏิกรณ์แบบเซมิคอนดักเตอร์คอนเวอร์เตอร์ และอีกสองดวงที่มีโรงไฟฟ้าโทแพซเทอร์ไมโอนิก ในความเป็นจริง Buk คือ TEG ซึ่งเป็นตัวแปลง Ioffe ของเซมิคอนดักเตอร์ แต่แทนที่จะใช้ตะเกียงน้ำมันก๊าดกลับใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นเครื่องปฏิกรณ์เร็วที่มีกำลังสูงถึง 100 กิโลวัตต์ ปริมาณยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงเต็มพิกัดคือประมาณ 30 กิโลกรัม ความร้อนจากแกนกลางถูกถ่ายเทโดยโลหะเหลว ซึ่งเป็นโลหะผสมยูเทคติกของโซเดียมและโพแทสเซียม ไปยังแบตเตอรี่เซมิคอนดักเตอร์ กำลังไฟฟ้าถึง 5 kW

การติดตั้ง Buk ภายใต้คำแนะนำทางวิทยาศาสตร์ของ IPPE ได้รับการพัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญ OKB-670 M.M. Bondaryuk ต่อมา - NPO "Red Star" (หัวหน้าผู้ออกแบบ - G.M. Gryaznov) สำนักออกแบบ Dnepropetrovsk Yuzhmash (หัวหน้าผู้ออกแบบ - M.K. Yangel) ได้รับมอบหมายให้สร้างยานส่งยานอวกาศเพื่อส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร

อายุการใช้งานของ “บุค” อยู่ที่ 1-3 เดือน หากการติดตั้งล้มเหลว ดาวเทียมจะถูกถ่ายโอนไปยังวงโคจรระยะยาวที่ระดับความสูง 1,000 กม. ตลอดระยะเวลาเกือบ 20 ปีที่ปล่อยดาวเทียม มีกรณีดาวเทียมตกลงสู่พื้นโลก 3 กรณี กรณีในมหาสมุทร 2 กรณีและกรณีบนบก 1 กรณีในแคนาดา ใกล้กับ Great Slave Lake Kosmos-954 ซึ่งเปิดตัวเมื่อวันที่ 24 มกราคม พ.ศ. 2521 ตกอยู่ที่นั่น เขาทำงานเป็นเวลา 3.5 เดือน ธาตุยูเรเนียมของดาวเทียมถูกเผาไหม้จนหมดในชั้นบรรยากาศ พบเพียงซากของตัวสะท้อนแสงเบริลเลียมและแบตเตอรี่เซมิคอนดักเตอร์เท่านั้นที่บนพื้น (ข้อมูลทั้งหมดนี้นำเสนอในรายงานร่วมของคณะกรรมาธิการปรมาณูของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาเกี่ยวกับ Operation Morning Light)

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Topaz thermionic ใช้เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนที่มีกำลังสูงถึง 150 กิโลวัตต์ โหลดยูเรเนียมเต็มประมาณ 12 กิโลกรัม - น้อยกว่าโหลดของบุคอย่างมาก พื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์คือองค์ประกอบเชื้อเพลิง - "มาลัย" ซึ่งพัฒนาและผลิตโดยกลุ่มของ Malykh ประกอบด้วยสายโซ่ของเทอร์โมอิลิเมนต์: แคโทดเป็น "ปลอกนิ้ว" ที่ทำจากทังสเตนหรือโมลิบดีนัมที่เต็มไปด้วยยูเรเนียมออกไซด์ขั้วบวกเป็นท่อไนโอเบียมที่มีผนังบางซึ่งระบายความร้อนด้วยโซเดียมโพแทสเซียมเหลว อุณหภูมิแคโทดสูงถึง 1,650°C กำลังไฟฟ้าของการติดตั้งถึง 10 kW

แบบจำลองการบินครั้งแรกคือดาวเทียม Cosmos-1818 พร้อมการติดตั้ง Topaz เข้าสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2530 และดำเนินการได้อย่างไร้ที่ติเป็นเวลาหกเดือนจนกระทั่งปริมาณสำรองซีเซียมหมด ดาวเทียมดวงที่สอง Cosmos-1876 ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศในอีกหนึ่งปีต่อมา เขาทำงานในวงโคจรนานเกือบสองเท่า ผู้พัฒนาหลักของ Topaz คือสำนักออกแบบ MMZ Soyuz ซึ่งนำโดย S.K. Tumansky (อดีตสำนักออกแบบของนักออกแบบเครื่องยนต์อากาศยาน A.A. Mikulin)

นี่เป็นช่วงปลายทศวรรษ 1950 ตอนที่เรากำลังทำงานเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยไอออน และเขากำลังสร้างเครื่องยนต์ขั้นที่สามสำหรับจรวดที่จะบินรอบดวงจันทร์และลงจอดบนดวงจันทร์ ความทรงจำเกี่ยวกับห้องทดลองของ Melnikov ยังคงสดใหม่จนถึงทุกวันนี้ ตั้งอยู่ใน Podlipki (ปัจจุบันคือเมือง Korolev) บนไซต์หมายเลข 3 ของ OKB-1 เวิร์กช็อปขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่ประมาณ 3,000 ตร.ม. เรียงรายไปด้วยโต๊ะหลายสิบตัวพร้อมออสซิลโลสโคปแบบเดซี่เชนที่บันทึกบนกระดาษม้วนขนาด 100 มม. (นี่เป็นยุคอดีตไปแล้ว ทุกวันนี้ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเครื่องเดียวก็เพียงพอแล้ว) ที่ผนังด้านหน้าของเวิร์กช็อปมีขาตั้งสำหรับติดตั้งห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวด "ดวงจันทร์" ออสซิลโลสโคปมีสายไฟหลายพันเส้นจากเซ็นเซอร์สำหรับความเร็วของก๊าซ ความดัน อุณหภูมิ และพารามิเตอร์อื่นๆ วันเริ่มต้นเวลา 9.00 น. ด้วยการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ เครื่องยนต์จะทำงานเป็นเวลาหลายนาที จากนั้นทันทีที่หยุด ทีมช่างกลกะแรกจะแยกชิ้นส่วน ตรวจสอบและตรวจวัดห้องเผาไหม้อย่างระมัดระวัง ในเวลาเดียวกัน เทปออสซิลโลสโคปจะถูกวิเคราะห์และให้คำแนะนำในการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ กะที่สอง - นักออกแบบและพนักงานเวิร์คช็อปทำการเปลี่ยนแปลงที่แนะนำ ในระหว่างกะที่สาม จะมีการติดตั้งห้องเผาไหม้และระบบวินิจฉัยใหม่ไว้ที่ขาตั้ง หนึ่งวันต่อมา เวลา 9.00 น. ของเซสชันถัดไป และต่อเนื่องโดยไม่มีวันหยุดเป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ตัวเลือกเครื่องยนต์มากกว่า 300 รายการต่อปี!

นี่คือวิธีการสร้างเครื่องยนต์จรวดเคมีซึ่งต้องทำงานเพียง 20-30 นาที สิ่งที่เราสามารถพูดได้เกี่ยวกับการทดสอบและการดัดแปลงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ - การคำนวณก็คือว่าควรจะใช้งานได้นานกว่าหนึ่งปี สิ่งนี้ต้องใช้ความพยายามอย่างมาก

เครื่องยนต์นิวเคลียร์

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 40 ด้วยความเบิกบานใจจากโอกาสในการใช้พลังงานนิวเคลียร์ ทั้งสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตจึงเริ่มทำงานในการติดตั้งเครื่องยนต์นิวเคลียร์กับทุกสิ่งที่สามารถเคลื่อนที่ได้ แนวคิดในการสร้างเครื่องมือ "ถาวร" ดังกล่าวน่าดึงดูดสำหรับกองทัพเป็นพิเศษ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) ถูกนำมาใช้ในกองทัพเรือเป็นหลัก เนื่องจากโรงไฟฟ้าในเรือไม่ได้อยู่ภายใต้ข้อกำหนดด้านขนาดและน้ำหนักที่เข้มงวด เช่น ในการบิน อย่างไรก็ตาม กองทัพอากาศไม่สามารถ "ผ่าน" โอกาสในการเพิ่มระยะการบินเชิงกลยุทธ์ได้อย่างไม่จำกัด ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2489 คำสั่งของกองทัพอากาศสหรัฐอนุมัติโครงการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์เพื่อติดตั้งให้กับเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ “พลังงานนิวเคลียร์เพื่อการขับเคลื่อนของเครื่องบิน” (ตัวย่อว่า NEPA แปลว่า “พลังงานนิวเคลียร์สำหรับเครื่องยนต์เครื่องบิน”) การดำเนินงานเริ่มต้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ ในปี พ.ศ. 2494 มันถูกแทนที่ด้วยโครงการร่วมของกองทัพอากาศและคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณู (AEC) “การขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ของเครื่องบิน” (ANP, “การขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ในการบิน”) บริษัท General Electric ได้สร้าง turbojet (TRJ) ซึ่งแตกต่างจาก "ธรรมดา" เพียงอย่างเดียวตรงที่แทนที่จะเป็นห้องเผาไหม้แบบธรรมดาจะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ให้ความร้อนกับอากาศที่ถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ ในเวลาเดียวกันอากาศก็มีกัมมันตภาพรังสีซึ่งเป็นวงจรเปิด ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา พวกเขาปฏิบัติต่อสิ่งนี้อย่างเรียบง่ายมากขึ้น แต่ถึงกระนั้น เพื่อไม่ให้สนามบินของตนเกิดมลพิษ เครื่องบินสำหรับขึ้นลงและลงจอดควรจะติดตั้งเครื่องยนต์น้ำมันก๊าดธรรมดา โครงการเครื่องบินนิวเคลียร์โครงการแรกของสหรัฐฯ ถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ความเร็วเหนือเสียง B-58 ผู้พัฒนา (Convair) กำหนดให้เป็น X-6 เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์สี่เครื่องตั้งอยู่ใต้ปีกเดลต้า นอกจากนี้ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท "ปกติ" อีก 2 เครื่องควรจะทำงานระหว่างการบินขึ้นและลง ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 มีการผลิตต้นแบบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระบายความร้อนด้วยอากาศขนาดเล็กที่มีกำลัง 1 เมกะวัตต์ เครื่องบินทิ้งระเบิด B-36H ได้รับการจัดสรรสำหรับการทดสอบการบินและการป้องกันลูกเรือ ลูกเรือของห้องปฏิบัติการบินอยู่ในแคปซูลป้องกัน แต่ตัวเครื่องปฏิกรณ์เองซึ่งตั้งอยู่ในช่องวางระเบิด ไม่มีการป้องกันทางชีวภาพ ห้องปฏิบัติการการบินมีชื่อว่า NB-36H ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2498 ถึงเดือนมีนาคม 2500 เธอทำการบิน 47 ครั้งเหนือพื้นที่ทะเลทรายของเท็กซัสและนิวเม็กซิโก ในระหว่างนั้นเครื่องปฏิกรณ์ถูกเปิดและปิด ในขั้นต่อไป มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ HTRE ใหม่ (รุ่นสุดท้ายมีกำลัง 35 เมกะวัตต์ เพียงพอสำหรับการใช้งานเครื่องยนต์ 2 เครื่อง) และเครื่องยนต์ X-39 รุ่นทดลอง ซึ่งผ่านการทดสอบร่วมกันภาคพื้นดินได้สำเร็จ อย่างไรก็ตาม ในเวลานี้ชาวอเมริกันตระหนักว่าวงจรเปิดไม่เหมาะสม และเริ่มออกแบบโรงไฟฟ้าที่มีระบบทำความร้อนด้วยอากาศในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน Convair NX-2 ใหม่มีการออกแบบคานาร์ด (หางแนวนอนตั้งอยู่ด้านหน้าปีก) เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะอยู่ที่ส่วนกลาง เครื่องยนต์ที่อยู่ด้านหลัง และช่องอากาศเข้าใต้ปีก เครื่องบินควรใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทเสริมตั้งแต่ 2 ถึง 6 เครื่อง แต่ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2504 ปิดโปรแกรม ANP แล้ว ในปี พ.ศ. 2497-2498 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ Los Alamos เตรียมรายงานความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) AEC ของสหรัฐอเมริกาตัดสินใจเริ่มดำเนินการสร้าง โปรแกรมนี้เรียกว่า "โรเวอร์" งานดำเนินการควบคู่กันไปที่ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ลอส อลามอส และที่ห้องปฏิบัติการรังสีลิเวอร์มอร์ ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2499 ความพยายามทั้งหมดของห้องปฏิบัติการรังสีมุ่งเป้าไปที่การสร้างเครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์ (NRJE) ตามโครงการพลูโต (ที่ลอสอาลามอส พวกเขาเริ่มสร้างเครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์)

เครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ได้รับการวางแผนที่จะติดตั้งบนขีปนาวุธระดับความสูงต่ำความเร็วเหนือเสียง (SLAM) ที่กำลังได้รับการพัฒนา ขีปนาวุธ (ปัจจุบันจะเรียกว่าขีปนาวุธล่องเรือ) โดยพื้นฐานแล้วเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดไร้คนขับที่มีการยิงในแนวดิ่ง (ใช้เครื่องเพิ่มเชื้อเพลิงแข็งสี่ตัว) เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เปิดขึ้นเมื่อถึงความเร็วที่กำหนดและอยู่ในระยะห่างที่เพียงพอจากอาณาเขตของมันเอง อากาศที่เข้ามาทางช่องอากาศเข้าจะถูกทำให้ร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และไหลผ่านหัวฉีดทำให้เกิดแรงผลักดัน การบินไปยังเป้าหมายและการปล่อยหัวรบเพื่อจุดประสงค์ในการลักลอบจะต้องดำเนินการที่ระดับความสูงต่ำมากด้วยความเร็วสามเท่าของความเร็วเสียง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีพลังงานความร้อน 500 MW อุณหภูมิในการทำงานของแกนกลางมากกว่า 1,600 องศาเซลเซียส มีการสร้างพื้นที่ทดสอบพิเศษเพื่อทดสอบเครื่องยนต์

เนื่องจากแท่นจอดอยู่กับที่ จึงมีการสูบ 500 ตันเข้าไปในถังพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ทำงาน อากาศอัด (ต้องใช้ตันอากาศต่อวินาทีในการทำงานอย่างเต็มกำลัง) ก่อนที่จะจ่ายให้กับเครื่องยนต์ อากาศจะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิมากกว่า 700 องศา ผ่านถังสี่ถังที่เต็มไปด้วยลูกเหล็กร้อน 14 ล้านลูก 14 พฤษภาคม 1961 เครื่องยนต์ไอพ่นต้นแบบที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ต้นแบบซึ่งมีชื่อว่า Tory-IIA ได้เปิดใช้งานแล้ว เขาทำงานเพียงไม่กี่วินาทีและพัฒนาเพียงบางส่วนเท่านั้น
สหภาพโซเวียตต้องการเครื่องบินนิวเคลียร์มากกว่าสหรัฐอเมริกา เนื่องจากไม่มีฐานทัพทหารใกล้ชายแดนสหรัฐฯ และปฏิบัติการได้จากอาณาเขตของตนเท่านั้น และเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ M-4 และ Tu-95 ที่ปรากฏตัวในช่วงกลางเดือน ยุค 50 ไม่สามารถ "ครอบคลุม" ดินแดนสหรัฐฯ ทั้งหมดได้ งานศึกษาปัญหาการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สำหรับเรือ เรือดำน้ำ และเครื่องบินเริ่มขึ้นแล้วในปี พ.ศ. 2490 อย่างไรก็ตามมติของคณะรัฐมนตรีในการเริ่มงานเกี่ยวกับเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์นั้นออกเมื่อวันที่ 12 สิงหาคม พ.ศ. 2498 เท่านั้น (ในเวลานี้เรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรกของโซเวียตได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว) OKB-156 ของ Tupolev และ OKB-23 ของ Myasishchev เริ่มออกแบบเครื่องบินด้วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และ OKB-276 ของ Kuznetsov และ OKB-165 ของ Lyulka กำลังพัฒนาโรงไฟฟ้าดังกล่าวด้วยตนเอง ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2499 มีการออกพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลเกี่ยวกับการสร้าง (เพื่อศึกษาอิทธิพลของรังสีที่มีต่อการออกแบบเครื่องบินและอุปกรณ์ตลอดจนปัญหาความปลอดภัยของรังสี) ของห้องปฏิบัติการบินที่ใช้เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ Tu-95 ในปี 1958 เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ "เครื่องบิน" ทดลองถูกส่งไปยังสถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ ในกลางปี ​​2502 เครื่องปฏิกรณ์ได้รับการติดตั้งบนเครื่องบินผลิตชื่อ Tu-95LAL (Flying Atomic Laboratory) เครื่องปฏิกรณ์ถูกนำมาใช้
ถูกเรียกเป็นเพียงแหล่งกำเนิดรังสีและถูกทำให้เย็นลงด้วยน้ำ หม้อน้ำของระบบทำความเย็นซึ่งอยู่ที่ด้านล่างของลำตัวถูกเป่าโดยการไหลของอากาศที่เข้ามา ในเดือนพฤษภาคม-สิงหาคม 2504 Tu-95LAL ทำการบิน 34 เที่ยวเหนือสถานที่ทดสอบ ขั้นตอนต่อไปคือการสร้าง Tu-119 รุ่นทดลองโดยใช้ Tu-95 เมื่อวันที่สอง (จาก
เครื่องยนต์ NK-12M สี่ตัว (Kuznetsov OKB) นอกเหนือจากห้องเผาไหม้ยังติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ให้ความร้อนด้วยสารหล่อเย็นโลหะเหลวที่รับความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อยู่ในห้องเก็บสัมภาระ เครื่องยนต์ถูกกำหนดให้เป็น NK-14A ในอนาคตมีการวางแผนที่จะสร้างเครื่องบินต่อต้านเรือดำน้ำที่มีระยะเวลาบินเกือบไม่ จำกัด โดยการติดตั้งเครื่องยนต์ NK-14A 4 เครื่องบนเครื่องบินและเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของลำตัว อย่างไรก็ตาม การออกแบบเครื่องยนต์ NK-14A หรือชิ้นส่วนนิวเคลียร์นั้น ดำเนินไปอย่างช้าๆ เนื่องจากปัญหามากมายที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการนี้ เป็นผลให้แผนการสร้าง Tu-119 ไม่เคยเกิดขึ้นจริง นอกจากนี้ OKB-156 ยังเสนอตัวเลือกมากมายสำหรับเครื่องบินทิ้งระเบิดความเร็วเหนือเสียง เครื่องบินทิ้งระเบิดระยะไกล Tu-120 มีน้ำหนักบินขึ้น 85 ตัน ยาว 30.7 ม. ปีกกว้าง 24.4 ม. และ
ความเร็วสูงสุดประมาณ 1,400 กม./ชม. อีกโครงการหนึ่งคือเครื่องบินโจมตีระดับความสูงต่ำที่มีน้ำหนักบินขึ้น 102 ตัน ยาว 37 ม. ปีกกว้าง 19ม. และความเร็วสูงสุด 1,400 กม./ชม. เครื่องบินมีปีกสามเหลี่ยมปากแม่น้ำอยู่ต่ำ เครื่องยนต์ทั้งสองของมันอยู่ในแพ็คเกจเดียวที่ด้านหลังของลำตัว ระหว่างการบินขึ้นและลงจอด เครื่องยนต์ใช้น้ำมันก๊าด เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ความเร็วเหนือเสียงควรจะมีน้ำหนักบินขึ้น 153 ตัน ยาว 40.5 ม. และปีกกว้าง 30.6 ม. จากเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททั้งหกเครื่อง (สำนักออกแบบ Kuznetsov) สองเครื่องซึ่งตั้งอยู่ส่วนท้ายติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและอาจใช้พลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทธรรมดาสี่เครื่องถูกวางไว้ใต้ปีกบนเสา ภายนอก เครื่องบินลำนี้มีความคล้ายคลึงกับเครื่องบินทิ้งระเบิดความเร็วเหนือเสียงขนาดกลาง B-58 ของอเมริกา สำนักออกแบบ Myasishchev ยังพิจารณาถึงความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องบิน "นิวเคลียร์" โดยใช้เครื่องบินทิ้งระเบิด ZM ที่มีอยู่โดยแทนที่เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทธรรมดาด้วยเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องปฏิกรณ์ตั้งอยู่ในช่องระเบิด) ความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องบินทิ้งระเบิดความเร็วเหนือเสียง M-60 ก็ได้รับการพิจารณาเช่นกัน มีการเสนอทางเลือกหลายทาง
ตัวเลือกการจัดเรียงเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ (น้ำหนักบินขึ้น 225-250 ตัน น้ำหนักบรรทุก 25 ตัน ความเร็วสูงสุด 3,000 กม./ชม. ยาว 51-59 ม. ช่วงปีกกว้าง 27-31 ม.) เพื่อป้องกันรังสี นักบินจึงถูกวางไว้ในแคปซูลที่ปิดสนิทเป็นพิเศษ และวางเครื่องยนต์ไว้ที่ลำตัวด้านหลัง ทัศนวิสัยการมองเห็นจากแคปซูลไม่ได้รับการยกเว้น และระบบอัตโนมัติจะต้องนำทางเครื่องบินไปยังเป้าหมาย เพื่อให้มั่นใจในการควบคุมด้วยตนเอง จึงมีแผนที่จะใช้หน้าจอโทรทัศน์และเรดาร์ ในตอนแรกนักพัฒนาเสนอให้สร้างเครื่องบินไร้คนขับ แต่เพื่อความน่าเชื่อถือ กองทัพจึงยืนยันในเวอร์ชันที่มีคนขับ ทางเลือกหนึ่งคือเครื่องบินทะเล ข้อได้เปรียบของมันคือสามารถจุ่มเครื่องปฏิกรณ์แบบหน่วงลงไปในน้ำเพื่อลดรังสีพื้นหลังได้ ด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์ด้านจรวดและการกำเนิดของขีปนาวุธข้ามทวีปที่เชื่อถือได้และเรือดำน้ำขีปนาวุธนิวเคลียร์ ความสนใจทางทหารเกี่ยวกับเครื่องบินทิ้งระเบิดนิวเคลียร์ก็จางหายไปและงานก็ลดลง แต่ในปี 1965 ความคิดในการสร้างเครื่องบินต่อต้านเรือดำน้ำพลังงานนิวเคลียร์ก็กลับมาอีกครั้ง คราวนี้ต้นแบบคือการขนส่งหนัก An-22 "Antey" ซึ่งมีเครื่องยนต์แบบเดียวกับ Tu-95 การพัฒนาของ NK-14A ค่อนข้างก้าวหน้าในเวลานั้น การบินขึ้นและลงจอดจะต้องดำเนินการด้วยน้ำมันก๊าด (กำลังเครื่องยนต์ 4 x 13,000 แรงม้า) และการบินล่องเรือ - ด้วยพลังงานนิวเคลียร์ (4 x 8900 แรงม้า) ระยะเวลาการบินถูกจำกัดด้วย "ปัจจัยมนุษย์" เท่านั้น เพื่อจำกัดปริมาณรังสีที่ลูกเรือได้รับ จึงตั้งไว้ที่ 50 ชั่วโมง ระยะการบินจะอยู่ที่ 27,500 กม. ในปี พ.ศ. 2515 An-22 ที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนเครื่องทำการบิน 23 เที่ยว ก่อนอื่นมีการตรวจสอบการป้องกันรังสี อย่างไรก็ตาม ปัญหาสิ่งแวดล้อมในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุทางเครื่องบินยังไม่ได้รับการแก้ไข บางทีนี่อาจเป็นสาเหตุที่ไม่ดำเนินโครงการนี้ ในยุค 80 ความสนใจเกิดขึ้นกับเครื่องบินนิวเคลียร์ในฐานะผู้ให้บริการขีปนาวุธ เมื่ออยู่ในอากาศเกือบตลอดเวลา มันจะคงกระพันต่อการโจมตีด้วยขีปนาวุธนิวเคลียร์ของศัตรูอย่างกะทันหัน ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุทางเครื่องบิน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สามารถแยกออกจากกันและหย่อนลงได้โดยใช้ร่มชูชีพ แต่จุดเริ่มต้นของ detente "เปเรสทรอยกา" และการล่มสลายของสหภาพโซเวียตไม่อนุญาตให้เครื่องบินปรมาณูขึ้นบิน ในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 OKB-301 (หัวหน้าผู้ออกแบบ S.A. Lavochkin) ทำงานเกี่ยวกับปัญหาการติดตั้งเครื่องยนต์นิวเคลียร์ ramjet บนขีปนาวุธล่องเรือข้ามทวีป Burya (คล้ายกับโครงการพลูโต) โครงการนี้ถูกกำหนดให้เป็น "375" การพัฒนาจรวดนั้นไม่ใช่ปัญหาเพราะวิศวกรเครื่องยนต์ล้มเหลว OKB-670 (หัวหน้าผู้ออกแบบ M.M. Bondaryuk) ไม่สามารถรับมือกับการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ทมาเป็นเวลานาน ในปี 1960 โครงการ Tempest ถูกปิดพร้อมกับเวอร์ชันนิวเคลียร์ มันไม่เคยถึงขั้นทดสอบเครื่องยนต์นิวเคลียร์เลย พลังงานนิวเคลียร์สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานไม่เพียงแต่ในเครื่องยนต์ที่ใช้หายใจเท่านั้น แต่ยังในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) ซึ่งมักจะแบ่งออกเป็นปฏิกิริยาซึ่งในกระบวนการให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน (RT) เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและเป็นจังหวะหรือเป็นจังหวะ (ปฏิกิริยาโดยทั่วไปเช่นกัน) ซึ่งพลังงานนิวเคลียร์ถูกปล่อยออกมาอย่างไม่ต่อเนื่อง โดยผ่านชุดของการระเบิดนิวเคลียร์พลังงานต่ำ (เทอร์โมนิวเคลียร์) ขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์จะถูกแบ่งออกเป็นเฟสของแข็ง เฟสของเหลว และเฟสก๊าซ (พลาสมา) แยกกัน เราสามารถแยกแยะเครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์โดยที่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์อยู่ในสถานะฟลูอิดไดซ์ (ในรูปแบบของ "เมฆ" ของอนุภาคฝุ่นที่หมุนได้) เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อีกประเภทหนึ่งคือเครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการแตกตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี (การสลายกัมมันตภาพรังสี) ที่เกิดขึ้นเองเพื่อให้ความร้อนแก่ RT ข้อดีของเครื่องยนต์นี้คือความเรียบง่ายของการออกแบบ ข้อเสียที่สำคัญคือไอโซโทปที่มีราคาสูง (เช่น พอโลเนียม-210) นอกจากนี้ ในระหว่างการสลายตัวตามธรรมชาติของไอโซโทป ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าจะดับเครื่องยนต์แล้วก็ตาม และจะต้องนำความร้อนออกจากเครื่องยนต์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ซึ่งจะทำให้ซับซ้อนและทำให้การออกแบบมีน้ำหนักมากขึ้น ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่ง พลังงานของการระเบิดปรมาณูจะระเหย RT และเปลี่ยนให้เป็นพลาสมา พลาสมาคลาวด์ที่ขยายตัวจะสร้างแรงกดดันต่อด้านล่างของโลหะอันทรงพลัง (แผ่นดัน) และสร้างแรงขับพุ่ง สารของแข็งที่สามารถเปลี่ยนเป็นก๊าซได้อย่างง่ายดาย ใส่ลงบนแผ่นดัน ไฮโดรเจนเหลว หรือน้ำที่เก็บไว้ในถังพิเศษสามารถใช้เป็น RT ได้ นี่คือรูปแบบของ NPP การกระทำภายนอกแบบพัลส์ อีกประเภทหนึ่งคือ NPP แบบพัลส์การกระทำภายในซึ่งมีการระเบิดของประจุนิวเคลียร์หรือเทอร์โมนิวเคลียร์ขนาดเล็กภายในห้องพิเศษ (ห้องเผาไหม้) ที่ติดตั้งหัวฉีดเจ็ท นอกจากนี้ ยังมีการจ่าย RT เข้าไปด้วย ซึ่งไหลผ่านหัวฉีด ทำให้เกิดแรงขับเหมือนกับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวทั่วไป ระบบดังกล่าวมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจาก RT และผลิตภัณฑ์การระเบิดทั้งหมดถูกใช้เพื่อสร้างแรงผลักดัน อย่างไรก็ตาม ความจริงที่ว่าการระเบิดเกิดขึ้นภายในปริมาตรที่กำหนด ทำให้เกิดข้อจำกัดด้านความดันและอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ NRE การกระทำภายนอกแบบพัลส์นั้นง่ายกว่า และพลังงานจำนวนมหาศาลที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยานิวเคลียร์ทำให้สามารถได้รับคุณลักษณะที่ดีของระบบดังกล่าวได้แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่าก็ตาม ในสหรัฐอเมริกาในปี พ.ศ. 2501–63 โครงการจรวดที่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบพัลส์ "Orion" กำลังได้รับการพัฒนา แบบจำลองของเครื่องบินที่มีเครื่องยนต์พัลส์ได้รับการทดสอบโดยใช้วัตถุระเบิดเคมีทั่วไป ผลลัพธ์ที่ได้บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการควบคุมการบินของยานพาหนะโดยใช้เครื่องยนต์ดังกล่าว ในตอนแรก Orion ควรจะถูกส่งออกจากโลก เพื่อแยกความเป็นไปได้ที่จะเกิดความเสียหายต่อจรวดจากการระเบิดของนิวเคลียร์บนภาคพื้นดิน มีการวางแผนที่จะติดตั้งบนหอคอยสูง 75 เมตรแปดแห่งเพื่อเปิดตัว ในเวลาเดียวกันมวลการปล่อยจรวดสูงถึง 10,000 ตัน และเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นดันประมาณ 40 ม. เพื่อลดภาระไดนามิกบนโครงสร้างจรวดและลูกเรือ จึงได้จัดเตรียมอุปกรณ์หน่วงไว้ หลังจากรอบการบีบอัด แผ่นจะกลับคืนสู่ตำแหน่งเริ่มต้น หลังจากนั้นก็เกิดการระเบิดอีกครั้ง เมื่อปล่อยตัว ประจุที่มีกำลัง 0.1 kt ถูกระเบิดทุกๆ วินาที หลังจากออกจากชั้นบรรยากาศแล้ว ประจุด้วยกำลัง 20 kt. ระเบิดทุกๆ 10 วินาที ต่อมา เพื่อไม่ให้เกิดมลพิษในชั้นบรรยากาศ จึงตัดสินใจยก Orion ออกจากโลกโดยใช้จรวดระยะแรก Saturn-5 เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดคือ 10 เมตร จากนั้นจึงตัดเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นดันออก
10 ม. แรงขับที่มีประสิทธิภาพลดลงเหลือ 350 ตันโดยมีน้ำหนัก "แห้ง" ของระบบขับเคลื่อน (ไม่รวม RT) อยู่ที่ 90.8 ตัน เพื่อบรรทุกน้ำหนักบรรทุก 680 ตันสู่พื้นผิวดวงจันทร์ จำเป็นต้องระเบิดประจุพลูโทเนียมประมาณ 800 ประจุ (มวลพลูโทเนียม 525 กิโลกรัม) และกินพลังงานประมาณ 800 ตัน RT. นอกจากนี้ยังมีการพิจารณาตัวเลือกในการใช้ Orion เพื่อส่งประจุนิวเคลียร์ไปยังเป้าหมายด้วย แต่ในไม่ช้ากองทัพก็ละทิ้งความคิดนี้ และในปี 1963 มีการลงนามข้อตกลงห้ามการระเบิดของนิวเคลียร์ในอวกาศนอกโลก (ในชั้นบรรยากาศ) และใต้น้ำ สิ่งนี้ทำให้โครงการทั้งหมดผิดกฎหมาย โครงการที่คล้ายกันได้รับการพิจารณาในสหภาพโซเวียต แต่ไม่มีผลในทางปฏิบัติ เช่นเดียวกับโครงการเครื่องบินอวกาศ M-19 (VKS) ของ Myasishchev Design Bureau โครงการนี้มองเห็นการสร้างระบบการบินและอวกาศขั้นตอนเดียวที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งสามารถปล่อยน้ำหนักบรรทุกที่มีน้ำหนักมากถึง 40 ตันสู่วงโคจรอ้างอิงต่ำ (สูงถึง 185 กม.) เพื่อจุดประสงค์นี้ VKS ควรติดตั้งเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์และระบบขับเคลื่อนแบบหายใจด้วยอากาศหลายโหมดซึ่งทำงานทั้งจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเชื้อเพลิงไฮโดรเจน รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการนี้อธิบายไว้ในหน้า พลังงานนิวเคลียร์ไม่เพียงแต่สามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนกับ RT ในเครื่องยนต์ได้โดยตรงเท่านั้น แต่ยังสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อีกด้วย ซึ่งจากนั้นจะใช้เพื่อสร้างแรงผลักดันในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (EPE) ตามโครงการนี้ ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ (NPS) ถูกสร้างขึ้น ซึ่งประกอบด้วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPS) และระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้า (ERPS) ไม่มีการจำแนกประเภทระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า (ที่ยอมรับโดยทั่วไป) ตาม "กลไก" ที่โดดเด่นของการเร่งความเร็ว RT เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นแก๊สไดนามิก (เคมีไฟฟ้า) ไฟฟ้าสถิต (ไอออนิก) และแม่เหล็กไฟฟ้า (พลาสมา) ในเคมีไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าใช้ในการทำความร้อนหรือการสลายตัวทางเคมีของ RT (เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า เทอร์โมคะตะไลติก และไฮบริด) และอุณหภูมิของ RT สามารถเข้าถึง 5,000 องศา การเร่งความเร็วของ RT เกิดขึ้นเช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวทั่วไป เมื่อมันผ่านเส้นทางไดนามิกของก๊าซของเครื่องยนต์ (หัวฉีด) เครื่องยนต์เคมีไฟฟ้าใช้พลังงานต่อหน่วยแรงขับน้อยที่สุดในบรรดาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า (ประมาณ 10 กิโลวัตต์/กก.) ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแบบไฟฟ้าสถิต สารทำงานจะถูกไอออนไนซ์ก่อน หลังจากนั้นไอออนบวกจะถูกเร่งในสนามไฟฟ้าสถิต (โดยใช้ระบบอิเล็กโทรด) ทำให้เกิดแรงขับ (เพื่อทำให้ประจุของกระแสเจ็ตเป็นกลาง อิเล็กตรอนจะถูกฉีดเข้าไปที่ ออกจากเครื่องยนต์) ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแบบแม่เหล็กไฟฟ้า RT จะถูกให้ความร้อนจนถึงสถานะพลาสมา (หลายหมื่นองศา) โดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน จากนั้นพลาสมาจะถูกเร่งในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (“การเร่งความเร็วของแก๊ส-ไดนามิกสามารถใช้แบบคู่ขนานได้”) ก๊าซและของเหลวที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำหรือแยกตัวออกได้ง่ายถูกใช้เป็น RT ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าความร้อน ในเครื่องยนต์ที่เป็นไฟฟ้าสถิต โลหะที่เป็นด่างหรือหนัก ระเหยง่ายหรือของเหลวอินทรีย์ ในเครื่องยนต์แม่เหล็กไฟฟ้า จะใช้ก๊าซและของแข็งต่างๆ พารามิเตอร์ที่สำคัญของเครื่องยนต์คือแรงกระตุ้นแรงขับเฉพาะ (ดูหน้า) ที่แสดงลักษณะของประสิทธิภาพ (ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใด PT ก็ยิ่งน้อยลงในการสร้างแรงขับหนึ่งกิโลกรัม) แรงกระตุ้นเฉพาะสำหรับเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ แตกต่างกันไปอย่างมาก: ทรัสเตอร์เชื้อเพลิงแข็ง - 2,650 ม./วินาที, เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว - 4,500 ม./วินาที, ทรัสเตอร์เคมีไฟฟ้า - 3,000 ม./วินาที, พลาสมาทรัสเตอร์สูงถึง 290,000 ดังที่ทราบ ค่าแรงกระตุ้นจำเพาะจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับรากที่สองของอุณหภูมิ RT ที่ด้านหน้าหัวฉีด ในทางกลับกัน (อุณหภูมิ) จะถูกกำหนดโดยค่าความร้อนของเชื้อเพลิง ตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดในบรรดาเชื้อเพลิงเคมีคือคู่เบริลเลียม + ออกซิเจน - 7200 กิโลแคลอรี/กก. ค่าความร้อนของยูเรเนียม-235 สูงกว่าประมาณ 2 ล้านเท่า อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้มากกว่าเพียง 1,400 เท่าเท่านั้น ข้อจำกัดที่กำหนดโดยคุณลักษณะการออกแบบจะลดตัวเลขนี้สำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์เฟสโซลิดลงเหลือ 2-3 (อุณหภูมิ RT สูงสุดที่ทำได้คือประมาณ 3000 องศา) ถึงกระนั้น แรงกระตุ้นจำเพาะของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เฟสโซลิดอยู่ที่ประมาณ 9,000 m/s เทียบกับ 3,500-4,500 สำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสมัยใหม่ สำหรับเครื่องยนต์นิวเคลียร์เฟสของเหลว แรงกระตุ้นจำเพาะสามารถเข้าถึง 20,000 m/วินาที สำหรับเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่อุณหภูมิ RT สามารถเข้าถึงหลายหมื่นองศา แรงกระตุ้นจำเพาะคือ 15-70,000 m/วินาที พารามิเตอร์ที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่แสดงลักษณะน้ำหนักที่สมบูรณ์แบบของระบบขับเคลื่อน (PS) หรือเครื่องยนต์คือความถ่วงจำเพาะ - อัตราส่วนของน้ำหนักของ PS (มีหรือไม่มีส่วนประกอบเชื้อเพลิง) หรือเครื่องยนต์ต่อแรงขับที่สร้างขึ้น นอกจากนี้ยังใช้ปริมาณผกผัน แรงผลักดันเฉพาะด้วย ความถ่วงจำเพาะ (แรงขับ) เป็นตัวกำหนดความเร่งที่ทำได้ของเครื่องบินและอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนัก เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสมัยใหม่มีความถ่วงจำเพาะ 7-20 กิโลกรัม แรงขับต่อตันของน้ำหนักตาย เช่น อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักถึง 14 NRE ยังมีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักที่ดี - มากถึง 10 นอกจากนี้สำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ใช้เชื้อเพลิงออกซิเจนไฮโดรเจน อัตราส่วนของมวล RT ต่อมวลของ โครงสร้างอยู่ในช่วง 7-8 สำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์โซลิดเฟส พารามิเตอร์นี้จะลดลงเหลือ 3-5 ซึ่งให้การเพิ่มขึ้นของความถ่วงจำเพาะของระบบขับเคลื่อนโดยคำนึงถึงน้ำหนักของ RT ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แรงผลักดันที่พัฒนาขึ้นถูกจำกัดด้วยการใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อสร้างน้ำหนัก 1 กิโลกรัม แรงขับ (จาก 10 kW ถึง 1 MW) แรงขับสูงสุดของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าที่มีอยู่คือหลายกิโลกรัม ถ้าระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามีองค์ประกอบเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการจ่ายขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักของยานพาหนะที่มีระบบขับเคลื่อนดังกล่าวจะน้อยกว่าหนึ่งมาก ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้มันเพื่อปล่อยน้ำหนักบรรทุกขึ้นสู่วงโคจรโลกต่ำ (เครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าบางตัวสามารถทำงานได้ในสุญญากาศของอวกาศเท่านั้น) เหมาะสมที่จะใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าในยานอวกาศเป็นเครื่องยนต์ที่มีแรงขับต่ำสำหรับการวางแนว ความเสถียร และการแก้ไขวงโคจร เนื่องจากอัตราการไหลของของไหลทำงานต่ำ (แรงกระตุ้นจำเพาะสูง) ระยะเวลาการทำงานต่อเนื่องของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าจึงสามารถวัดได้เป็นเดือนและปี การจัดหาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะทำให้สามารถนำไปใช้ในการบินไปยัง "ชานเมือง" ของระบบสุริยะซึ่งพลังงานของแผงโซลาร์เซลล์จะไม่เพียงพอ ดังนั้น ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์นิวเคลียร์เหนือเครื่องยนต์จรวดประเภทอื่นคือแรงกระตุ้นจำเพาะขนาดใหญ่ โดยมีอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักสูง (แรงขับหลายสิบ ร้อยและพันตันที่มีน้ำหนักตายตัวต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ) ข้อเสียเปรียบหลักของ NRE คือการมีอยู่ของรังสีที่ทะลุผ่านได้อย่างทรงพลัง รวมถึงการกำจัดสารประกอบยูเรเนียมที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงออกจาก RT ที่ใช้แล้ว ในเรื่องนี้ เครื่องยนต์จรวดที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับการปล่อยภาคพื้นดิน งานเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียตเริ่มขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 ในปี 1958 คณะรัฐมนตรีของสหภาพโซเวียตได้มีมติหลายประการในการดำเนินงานวิจัยเกี่ยวกับการสร้างจรวดด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ การกำกับดูแลทางวิทยาศาสตร์ได้รับความไว้วางใจจาก M.V. Keldysh, I.V. Kurchatov และ S.P. Korolev องค์กรวิจัย การออกแบบ การก่อสร้าง และการติดตั้งหลายสิบแห่งมีส่วนร่วมในงานนี้ เหล่านี้คือ NII-1 (ปัจจุบันคือศูนย์วิจัย Keldysh), OKB-670 (หัวหน้านักออกแบบ M.M. Bondaryuk), สถาบันพลังงานปรมาณู (IAE ปัจจุบันคือสถาบัน Kurchatov) และสถาบันฟิสิกส์และพลังงาน (ปัจจุบันคือ IPPE Leypunsky) การวิจัย Institute of Instrument Engineering (หัวหน้านักออกแบบ A.S. Abramov), NII-8 (ปัจจุบันคือสถาบันวิจัยและการออกแบบทางวิทยาศาสตร์ - NIKIET ตั้งชื่อตาม Dolezhal) และ OKB-456 (ปัจจุบันคือ NPO Energomash ตั้งชื่อตาม Glushko), NIITVEL (NPO "Luch" ปัจจุบันคือ Podolsk สถาบันเทคโนโลยีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ - PNITI), NII-9 (ปัจจุบันเป็นสถาบันวิจัยเทคโนโลยีขั้นสูงด้านวัสดุอนินทรีย์ - VNIINM ตั้งชื่อตาม A.A. Bochvar) เป็นต้น ใน OKB-1 (ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็น Central Design Bureau of วิศวกรรมเครื่องกลทดลอง - TsKBEM, NPO Energia, RSC Energia ตั้งชื่อตาม Korolev) การออกแบบเบื้องต้นของขีปนาวุธ YAR-1 ขั้นเดียวและจรวดเคมีนิวเคลียร์สองขั้น YAHR-2 ได้รับการพัฒนา ทั้งสองจัดให้มีการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ด้วยแรงขับ 140 ตัน โครงการแล้วเสร็จภายในวันที่ 30 ธันวาคม 2502 อย่างไรก็ตาม การสร้างการต่อสู้ YAR-1 ถือว่าไม่เหมาะสมและหยุดดำเนินการแก้ไข ยาคอาร์-2 มีการออกแบบคล้ายกับอาร์-7 แต่มีกระเปาะจรวดด้านระยะแรกจำนวน 6 กระเปาะที่ติดตั้งเครื่องยนต์ NK-9 ขั้นตอนที่สอง (บล็อกกลาง) ติดตั้งเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ มวลการปล่อยจรวดอยู่ที่ 850-880 ตัน ด้วยน้ำหนักบรรทุก 35-40 ตัน (ตัวเลือกที่มีน้ำหนักเปิดตัว 2,000 ตันความยาว 42 ม. ขนาดแนวขวางสูงสุด 19 ม. และพิจารณาน้ำหนักบรรทุกสูงสุด 150 ตันด้วย) เครื่องยนต์ของหน่วย YakhR-2 ทั้งหมดเริ่มต้นบนโลก ในกรณีนี้ เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ถูกทำให้เข้าสู่โหมด "ไม่ได้ใช้งาน" (กำลังของเครื่องปฏิกรณ์คือ 0.1% ของกำลังเครื่องยนต์ที่ระบุโดยไม่มีการไหลของของไหลทำงาน) การเปลี่ยนไปใช้โหมดการทำงานนั้นดำเนินการในการบินไม่กี่วินาทีก่อนที่จะแยกบล็อกด้านข้าง ในกลางปี ​​2502 OKB-1 ออกข้อกำหนดทางเทคนิคให้กับวิศวกรเครื่องยนต์ (OKB-670 และ OKB-456) สำหรับการพัฒนาการออกแบบเบื้องต้นของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ด้วยแรงขับ 200 และ 40 ตัน หลังจากเริ่มทำงานกับยานยิง N-1 หนักแล้ว ปัญหาของการสร้างยานยิงสองขั้นตอนด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในด่านที่สองได้รับการพิจารณาบนพื้นฐาน สิ่งนี้จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าน้ำหนักบรรทุกที่ปล่อยสู่วงโคจรโลกต่ำจะเพิ่มขึ้นไม่น้อยกว่า 2-2.5 เท่า และวงโคจรดาวเทียมดวงจันทร์เพิ่มขึ้น 75-90% แต่โครงการนี้ก็ยังไม่เสร็จสมบูรณ์เช่นกัน - จรวด N-1 ไม่เคยบินเลย การออกแบบเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ดำเนินการโดย OKB-456 และ OKB-670 พวกเขาเสร็จสิ้นการออกแบบเบื้องต้นของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบโซลิดเฟส ดังนั้นใน OKB-456 ภายในปี 1959 การออกแบบเบื้องต้นของเครื่องยนต์ RD-401 พร้อมตัวหน่วงน้ำและ RD-402 พร้อมตัวหน่วงเบริลเลียมซึ่งมีแรงขับสุญญากาศ 170 ตันพร้อมแล้ว ด้วยแรงกระตุ้นเฉพาะ 428 วินาที แอมโมเนียเหลวทำหน้าที่เป็นของไหลทำงาน ภายในปี 1962 ตามข้อกำหนดทางเทคนิคของ OKB-1 โครงการ RD-404 ที่มีแรงขับ 203 ตันแล้วเสร็จ ด้วยแรงกระตุ้นจำเพาะ 950 วินาที (RT-ไฮโดรเจนเหลว) และในปี พ.ศ. 2506 - RD-405 ด้วยแรงขับ 40-50t อย่างไรก็ตามในปี พ.ศ. 2506 ความพยายามทั้งหมดของ OKB-456 ถูกเปลี่ยนเส้นทางไปยังการพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซ โครงการ NRE หลายโครงการที่มีเครื่องปฏิกรณ์โซลิดเฟสและส่วนผสมแอมโมเนีย-แอลกอฮอล์ในรูปแบบ RT ได้รับการพัฒนาโดย OKB-670 ในปีเดียวกัน ในการย้ายจากการออกแบบเบื้องต้นไปสู่การสร้างตัวอย่างจริงของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาอื่น ๆ อีกมากมายและก่อนอื่นเลยต้องศึกษาประสิทธิภาพขององค์ประกอบเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อุณหภูมิสูง คูร์ชาตอฟในปี 2501 เสนอให้สร้างเครื่องปฏิกรณ์ระเบิดเพื่อจุดประสงค์นี้ (RVD ชื่อที่ทันสมัยคือเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์แบบพัลซ์ - IGR) การออกแบบและการผลิตได้รับความไว้วางใจจาก NII-8 ใน RVD พลังงานความร้อนของฟิชชันของยูเรเนียมไม่ได้ถูกกำจัดออกไปนอกแกนกลาง แต่ให้ความร้อนแก่กราไฟท์ซึ่งจากนั้น (ร่วมกับยูเรเนียม) ก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิสูงมาก เห็นได้ชัดว่าเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวสามารถทำงานได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น - เป็นพัลส์ โดยมีหยุดเพื่อให้เย็นลง การไม่มีชิ้นส่วนโลหะในแกนกลางทำให้เกิด "แฟลร์" ซึ่งพลังงานถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิระเหิดของกราไฟท์เท่านั้น ตรงกลางของโซนแอคทีฟมีช่องสำหรับวางตัวอย่างทดสอบ ในปี 1958 อีกด้วย ที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ ซึ่งอยู่ไม่ไกลจากสถานที่ทดสอบระเบิดปรมาณูลูกแรก การก่อสร้างอาคารและโครงสร้างที่จำเป็นจึงเริ่มขึ้น ในเดือนพฤษภาคม-มิถุนายน 2503 มีการดำเนินการสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ทางกายภาพ (“เย็น”) และอีกหนึ่งปีต่อมาก็มีการสตาร์ทหลายครั้งโดยให้ความร้อนกองกราไฟท์ถึง 1,000 องศา เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม ขาตั้งถูกสร้างขึ้นตามรูปแบบ "ปิด" - สารหล่อเย็นของเสียจะถูกเก็บไว้ในถังแก๊สก่อนถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศแล้วจึงกรอง ตั้งแต่ปี 1962 ที่ IGR (RVD) มีการทดสอบแท่งเชื้อเพลิงและส่วนประกอบเชื้อเพลิง (FA) ประเภทต่างๆ สำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่พัฒนาที่ NII-9 และ NII-1 ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 50 NII-1 และ IPPE ได้ทำการศึกษาพลศาสตร์ของก๊าซขององค์ประกอบเชื้อเพลิงก๊าซและฟิสิกส์ของเครื่องปฏิกรณ์แบบเฟสก๊าซซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้พื้นฐานในการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบก๊าซ ในห้องทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าว ด้วยความช่วยเหลือของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยโซลินอยด์ที่อยู่รอบๆ ทำให้เกิดโซน "นิ่ง" ซึ่งยูเรเนียมถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิประมาณ 9,000 องศา และทำให้ไฮโดรเจนที่ไหลผ่านโซนนี้ร้อนขึ้น (จึงเติมสารเติมแต่งพิเศษเข้าไปเพื่อปรับปรุงการดูดซับพลังงานรังสี) เชื้อเพลิงนิวเคลียร์บางส่วนถูกก๊าซไหลไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องชดเชยการสูญเสียยูเรเนียมอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้แก๊สอาจมีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงถึง 20,000 ม./วินาที การทำงานกับเครื่องยนต์ดังกล่าวเริ่มขึ้นในปี 2506 ที่ OKB-456 (ภายใต้การนำทางวิทยาศาสตร์ของ NII-1) ในปี 1962 ที่ IPPE แท่นทดลอง IR-20 ถูกสร้างขึ้นด้วยเครื่องปฏิกรณ์โซลิดเฟสซึ่งมีน้ำเป็นตัวหน่วง มีการใช้เป็นครั้งแรกในการศึกษาพารามิเตอร์ทางกายภาพของเครื่องปฏิกรณ์ NRE แบบโซลิดเฟส ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบในภายหลัง ในปี 1968 เมื่อคำนึงถึงประสบการณ์ที่ได้รับจากแท่น IR-20 แท่นทางกายภาพ "Strela" จึงถูกสร้างขึ้นที่นี่ ซึ่งมีการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเป็นการออกแบบที่ค่อนข้างใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์ของต้นแบบการบิน NRE ขั้นตอนต่อไปในการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์คือการสร้างแท่นทดลองพิเศษสำหรับการทดสอบต้นแบบของเครื่องปฏิกรณ์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์บนพื้นดิน ในปี 1964 มีการออกพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลเกี่ยวกับการก่อสร้างม้านั่งคอมเพล็กซ์สำหรับทดสอบเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ซึ่งได้รับชื่อ "ไบคาล" ภายในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2508 ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์สำหรับไบคาลคอมเพล็กซ์ได้จัดทำขึ้นที่ IAE (ได้รับดัชนี IVG-1 ซึ่งเป็นงานวิจัยที่ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง) NII-8 (ภายใต้การนำทางวิทยาศาสตร์ของ IAE) กำลังเริ่มออกแบบ การพัฒนาและการผลิตชุดเชื้อเพลิงได้รับความไว้วางใจจาก NIITVEL ในปี 1966 การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เฟสแข็งเครื่องแรกของโซเวียต (ได้รับดัชนี 11B91 หรือ RD-0410) ถูกโอนไปยังสำนักออกแบบ Voronezh ของ Khimavtomatiki (KBKhA) Ch. ดีไซเนอร์ A.D. Konopatov ในปี 1968 NPO Energomash (OKB-456) เสร็จสิ้นการพัฒนาการออกแบบเบื้องต้นของเครื่องยนต์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์แบบแก๊ส เครื่องยนต์ที่เรียกว่า RD-600 ควรมีแรงขับประมาณ 600 ตัน โดยมีน้ำหนักของมันเองประมาณ 60 ตัน เบริลเลียมและกราไฟท์ถูกใช้เป็นตัวหน่วงและตัวสะท้อนแสง RT - ไฮโดรเจนพร้อมสารเติมแต่งลิเธียม 24 พฤษภาคม 1968 มีการออกพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลซึ่งกำหนดให้มีการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ตามโครงการที่เสนอ รวมถึงการสร้างฐานบัลลังก์สำหรับการทดสอบที่เรียกว่า "ไบคาล-2" ควบคู่ไปกับการพัฒนาโมเดลการบินของ YARD 11B91 ที่ KBKhA ต้นแบบบัลลังก์ (IR-100) ถูกสร้างขึ้นที่ NII-1 ในปี 1970 งานเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกัน (โปรแกรมได้รับดัชนี 11B91-IR-100) และงานออกแบบทั้งหมดบนม้านั่งและแบบจำลองการบินของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์มีความเข้มข้นใน KBKhA การเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ YARD 11B91-IR-100 เครื่องแรกทางกายภาพดำเนินการที่ IPPE ที่บูธ Strela มีการดำเนินการโครงการวิจัยอย่างกว้างขวาง การก่อสร้างไบคาลคอมเพล็กซ์ใช้เวลาหลายปี อาคารควรจะประกอบด้วยสองปล่องซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ทดลองถูกลดระดับลงโดยใช้เครนโครงสำหรับตั้งสิ่งของ 18 กันยายน พ.ศ. 2515 การเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ IVG-1 ทางกายภาพเกิดขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของสถานที่ทำงานแห่งแรกของคอมเพล็กซ์ไบคาล นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นต้นแบบของเครื่องยนต์จรวดพลังงานนิวเคลียร์ในอนาคตด้วยแรงขับ 20–40 ตัน และเป็นจุดยืนสำหรับการทดสอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชนิดใหม่ เครื่องปฏิกรณ์มีตัวสะท้อนเบริลเลียม และเครื่องหน่วงคือน้ำ แกนกลางประกอบด้วยชุดเชื้อเพลิง 31 ชุด ไฮโดรเจนซึ่งทำความเย็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถให้ความร้อนสูงถึง 2,500 องศาและในช่องกลางพิเศษสามารถรับได้ทั้งหมด 3,000 องศา การเริ่มจ่ายพลังงานเกิดขึ้นเมื่อต้นเดือนมีนาคม พ.ศ. 2518 เท่านั้น ซึ่งอธิบายได้จากความจำเป็นในการก่อสร้างอาคารและโครงสร้างทั้งหมดของคอมเพล็กซ์ม้านั่งทดสอบให้เสร็จสิ้น ดำเนินงานการว่าจ้างและการฝึกอบรมบุคลากรจำนวนมาก มีเครื่องมืออยู่ในบังเกอร์ใต้ดินที่ตั้งอยู่ระหว่างเพลา อีกแห่งอยู่ห่างออกไป 800 ม. มีแผงควบคุม สามารถเข้าถึงแผงควบคุมได้จากโซนปลอดภัยผ่านอุโมงค์ใต้ดินยาวหนึ่งกิโลเมตรครึ่ง ใกล้เหมืองที่ความลึก 150 ม. วางภาชนะทรงกลมซึ่งมีการสูบก๊าซไฮโดรเจนภายใต้แรงดันสูง ให้ความร้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์ที่อุณหภูมิเกือบ 3000 องศา ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยตรง อย่างไรก็ตาม การปล่อยผลิตภัณฑ์จากฟิชชันใกล้เคียงกับการปล่อยกัมมันตภาพรังสีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในระหว่างการดำเนินการตามปกติ ถึงกระนั้น ไม่อนุญาตให้เข้าใกล้เหมืองใกล้กว่าหนึ่งกิโลเมตรครึ่งเป็นเวลา 24 ชั่วโมง และห้ามมิให้เข้าใกล้เหมืองเป็นเวลาหนึ่งเดือน การดำเนินงานนานกว่า 13 ปี มีการดำเนินการสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ IVG-1 แบบ "ร้อน" จำนวน 28 ครั้ง มีการทดสอบส่วนประกอบเชื้อเพลิงระบายความร้อนด้วยแก๊สประมาณ 200 ชิ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของแกนทดลอง 4 แกน อายุการใช้งานของชุดประกอบจำนวนหนึ่งที่กำลังไฟพิกัดคือ 4,000 วินาที ผลลัพธ์จำนวนมากของการทดสอบเหล่านี้เกินกว่าผลลัพธ์ที่ได้รับระหว่างการทำงานในโครงการขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในสหรัฐอเมริกาอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของการปลดปล่อยความร้อนสูงสุดในแกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์ IVG-1 สูงถึง 25 กิโลวัตต์/ซีซี เทียบกับ 5.2 สำหรับชาวอเมริกัน อุณหภูมิของไฮโดรเจนที่ทางออกของชุดเชื้อเพลิงอยู่ที่ประมาณ 2,800 องศา เทียบกับ 2,300 องศาสำหรับชาวอเมริกัน ในปี พ.ศ. 2520 สถานที่ทำงานแห่งที่สองของม้านั่งไบคาลเริ่มดำเนินการเมื่อวันที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2520 มีการเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์แบบตั้งโต๊ะเครื่องแรกสำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ 11B91-IR-100 ซึ่งได้รับการแต่งตั้งให้เป็น IRGIT หกเดือนต่อมา วันที่ 27 มีนาคม พ.ศ. 2521 ดำเนินการสตาร์ทเครื่องแล้ว ในระหว่างที่ได้รับพลังงาน 25 MW (15% ของการออกแบบ) อุณหภูมิไฮโดรเจนอยู่ที่ 1,500 องศา เวลาในการทำงานคือ 70 วินาที ระหว่างการทดสอบเมื่อวันที่ 3 กรกฎาคม พ.ศ. 2521 และวันที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2521 มีกำลังการผลิต 33 เมกะวัตต์ และ 42 เมกะวัตต์ อุณหภูมิไฮโดรเจนอยู่ที่ 2,360 องศา ในช่วงปลายยุค 70 และต้นยุค 80 มีการทดสอบอีกสองชุดที่ม้านั่งคอมเพล็กซ์ - อุปกรณ์ 11B91-IR-100 ที่สองและสาม การทดสอบส่วนประกอบเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ IGR และ IVG ยังคงดำเนินต่อไป และการก่อสร้างโครงสร้างกำลังดำเนินการโดยมีเป้าหมายในการว่าจ้างสถานที่ทำงานแห่งที่สองสำหรับการทดสอบเครื่องยนต์ไฮโดรเจนเหลว ในเวลาเดียวกัน การทดสอบเครื่องยนต์ 11B91X ที่เรียกว่า "เย็น" ซึ่งไม่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ดำเนินการที่แท่นที่ตั้งอยู่ใน Zagorsk ใกล้กรุงมอสโก ไฮโดรเจนถูกให้ความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพิเศษจากหัวเผาออกซิเจน-ไฮโดรเจนทั่วไป ภายในปี 1977 ปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบเครื่องยนต์ "เย็น" ได้รับการแก้ไขแล้ว (หน่วยสามารถทำงานได้นานหลายชั่วโมง) โดยหลักการแล้ว เครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ถูกสร้างขึ้นและการเตรียมสำหรับการทดสอบการบินนั้นต้องใช้เวลาอีกหลายปี 11B91 YARD มีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนต่างกัน ตัวหน่วงคือเซอร์โคเนียมไฮไดรด์ ตัวสะท้อนแสงคือเบริลเลียม ซึ่งเป็นวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มียูเรเนียมและทังสเตนคาร์ไบด์เป็นหลัก โดยมีปริมาณยูเรเนียม-235 ประมาณ 80% เป็นกระบอกโลหะขนาดค่อนข้างเล็กเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 ซม. และยาวประมาณหนึ่งเมตร ข้างในมีแท่งบางๆ 900 แท่งบรรจุยูเรเนียมคาร์ไบด์ เครื่องปฏิกรณ์ NRE ถูกล้อมรอบด้วยตัวสะท้อนนิวตรอนเบริลเลียม ซึ่งมีถังฝังอยู่ในนั้น และด้านหนึ่งถูกปิดด้วยตัวดูดซับนิวตรอน พวกเขาเล่นบทบาทของแท่งควบคุม - ขึ้นอยู่กับว่าด้านใดของดรัมที่หันหน้าไปทางแกนกลางพวกมันดูดซับนิวตรอนไม่มากก็น้อยซึ่งควบคุมพลังของอธิการบดี (ชาวอเมริกันมีโครงการเดียวกัน) ประมาณปี 1985 YARD 11B91 สามารถบินอวกาศครั้งแรกได้ แต่สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นด้วยเหตุผลหลายประการ ในช่วงต้นทศวรรษที่ 80 มีความก้าวหน้าที่สำคัญเกิดขึ้นในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งควบคู่ไปกับการละทิ้งแผนการสำรวจดวงจันทร์และดาวเคราะห์ใกล้เคียงอื่น ๆ ของระบบสุริยะที่ถูกตั้งคำถาม ความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ ความยากลำบากทางเศรษฐกิจที่เกิดขึ้นและสิ่งที่เรียกว่า "เปเรสทรอยกา" นำไปสู่ความจริงที่ว่าอุตสาหกรรมอวกาศทั้งหมดพบว่าตัวเอง "อับอาย" และในปี 1988 งานขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ในสหภาพโซเวียตหยุดลง ความคิดในการใช้ไฟฟ้าเพื่อสร้างแรงขับไอพ่นแสดงโดย K.E. Tsiolkovsky ย้อนกลับไปในปี 1903 เครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าทดลองเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นที่ Gas Dynamics Laboratory (เลนินกราด) ภายใต้การนำของ V.P. Glushko ในปี 1929-1933 การศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเริ่มขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 50 ที่ IAE (ภายใต้การนำของ L.A. Artsimovich), NII-1 (ภายใต้การนำของ V.M. Ievlev และ A.A. Porotnikov) และองค์กรอื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่ง ดังนั้น OKB-1 จึงได้ทำการวิจัยเพื่อสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ ในปี 1962 การออกแบบเบื้องต้นของ LV N1 รวมถึง "วัสดุในการขับเคลื่อนด้วยแรงขับนิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศอวกาศหนักในอวกาศ" ในปี 1960 มีการออกพระราชกฤษฎีกาของรัฐบาลเกี่ยวกับการจัดระเบียบงานขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า นอกจาก IAE และ NII-1 แล้ว ยังมีสถาบันวิจัย สำนักงานการออกแบบ และองค์กรอื่นๆ อีกหลายแห่งที่มีส่วนร่วมในงานนี้ ภายในปี 1962 ที่ NII-1 มีการสร้างเครื่องยนต์พลาสมาแบบพัลซ์ (PPD) ที่เป็นประเภทการกัดเซาะ ใน SPD พลาสมาเกิดขึ้นเนื่องจากการระเหย (ระเหย) ของไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็ง (ฟลูออโรพลาสติก-4 หรือที่รู้จักในชื่อเทฟลอน) ในการปล่อยกระแสไฟฟ้าแบบพัลส์ (ประกายไฟ) ซึ่งกินเวลาหลายไมโครวินาที (พลังงานพัลส์ 10-200 MW) ตามด้วยการเร่งความเร็วของแม่เหล็กไฟฟ้า ของพลาสมา การทดสอบชีวิตครั้งแรกของเครื่องยนต์ดังกล่าวเริ่มในวันที่ 27 มีนาคมและดำเนินต่อไปจนถึงวันที่ 16 เมษายน พ.ศ. 2505 ด้วยการใช้พลังงานเฉลี่ย 1 kW (พัลส์ - 200 MW) แรงขับคือ 1g - “ราคา” แรงฉุด 1 kW/g. สำหรับการทดสอบในอวกาศ “ราคา” ของแรงขับนั้นต่ำกว่าประมาณ 4 เท่า พารามิเตอร์ดังกล่าวบรรลุผลสำเร็จภายในสิ้นปี พ.ศ. 2505 เครื่องยนต์ใหม่ใช้ไฟ 50 วัตต์ (กำลังพัลส์ 10 เมกะวัตต์) สร้างแรงขับ 0.2 กรัม (ต่อมา “ราคา” แรงฉุดเพิ่มขึ้นเป็น 85W ต่อปี) ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2506 มีการสร้างและทดสอบรีโมทคอนโทรลสำหรับระบบรักษาเสถียรภาพยานอวกาศตาม IPD ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์หกตัว ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้า (การปล่อยประกายไฟถูกสร้างขึ้นโดยตัวเก็บประจุที่มีความจุ 100 μF ด้วยแรงดันไฟฟ้า 1 kV) อุปกรณ์สลับซอฟต์แวร์ , คอนเนคเตอร์สุญญากาศไฟฟ้าแรงสูง และอุปกรณ์อื่นๆ อุณหภูมิพลาสมาสูงถึง 30,000 องศา และความเร็วไอเสีย 16 กม./วินาที การปล่อยยานอวกาศครั้งแรก (สถานีอวกาศประเภทโซนด์) พร้อมระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ามีกำหนดในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2506 เปิดตัวเมื่อ 11 พฤศจิกายน 1963 จบลงด้วยอุบัติเหตุรถชน เฉพาะวันที่ 30 พฤศจิกายน 2507 ยาน Zond-2 พร้อมระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าบนยานเปิดตัวสู่ดาวอังคารได้สำเร็จ 14 ธันวาคม 1964 ที่ระยะทางมากกว่า 5 ล้านกิโลเมตรจากโลก เครื่องยนต์พลาสมาถูกเปิดใช้งาน (เครื่องยนต์แก๊สไดนามิกถูกปิดในเวลานี้) ซึ่งขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ภายใน 70 นาที เครื่องยนต์พลาสมาหกตัวยังคงรักษาทิศทางที่จำเป็นของสถานีในอวกาศ ในสหรัฐอเมริกาเมื่อปี พ.ศ. 2511 ดาวเทียมสื่อสาร "LES-6" ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยมี IPD ที่มีการกัดเซาะสี่แห่งซึ่งทำงานมานานกว่า 2 ปี สำหรับการทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ได้มีการจัดตั้งสำนักออกแบบ Fakel (บนพื้นฐานของ B.S. Stechkin Design Bureau ในคาลินินกราด) การพัฒนาครั้งแรกของสำนักออกแบบ Fakel คือระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของระบบรักษาเสถียรภาพและการวางแนวสำหรับยานอวกาศวัตถุประสงค์ทางทหารประเภท Globus (ดาวเทียม Horizon) ใกล้กับ Zond-2 IPD ตั้งแต่ปี 1971 ในระบบแก้ไขวงโคจรของดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา Meteor มีการใช้เครื่องยนต์พลาสมาสองตัวจากสำนักออกแบบ Fakel ซึ่งแต่ละเครื่องมีน้ำหนัก 32.5 กก. ใช้พลังงานประมาณ 0.4 กิโลวัตต์ ในขณะที่พัฒนาแรงขับประมาณ 2 กรัม ความเร็วไอเสียมากกว่า 8 กม./วินาที และปริมาณ RT (ซีนอนบีบอัด) เท่ากับ 2.4 กก. ตั้งแต่ปี 1982 ดาวเทียมสื่อสารค้างฟ้า "Luch" ใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าที่พัฒนาโดย OKB "Fakel" จนกระทั่งปี 1991 เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าทำงานบนยานอวกาศ 16 ลำได้สำเร็จ รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะมีการหารือในหน้าแยกต่างหากของเว็บไซต์ แรงขับของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นถูกจำกัดด้วยพลังงานไฟฟ้าของแหล่งพลังงานบนเครื่องบิน ในการเพิ่มแรงขับของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าเป็นหลายกิโลกรัม จำเป็นต้องเพิ่มกำลังเป็นหลายร้อยกิโลวัตต์ ซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยหากใช้วิธีการแบบเดิม (แบตเตอรี่และแผงโซลาร์เซลล์) ดังนั้นควบคู่ไปกับงานขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า IPPE, IAE และองค์กรอื่น ๆ จึงเริ่มทำงานในการแปลงพลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง การกำจัดการแปลงพลังงานขั้นกลางและการไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทำให้สามารถสร้างโรงไฟฟ้าขนาดกะทัดรัด น้ำหนักเบา และเชื่อถือได้ซึ่งมีกำลังสูงและอายุการใช้งานเพียงพอ เหมาะสำหรับใช้กับยานอวกาศ ในปี 1965 OKB-1 ร่วมกับ IPPE พัฒนาการออกแบบเบื้องต้นของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์ YaERD-2200 สำหรับยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์พร้อมลูกเรือ ระบบขับเคลื่อนประกอบด้วยสองบล็อก (แต่ละบล็อกมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของตัวเอง) กำลังไฟฟ้าของแต่ละบล็อกคือ 2,200 กิโลวัตต์ แรงขับ 8.3 กก. เครื่องยนต์แมกนีโตพลาสมามีแรงกระตุ้นจำเพาะประมาณ 54,000 ม./วินาที ในปี พ.ศ. 2509-70 การออกแบบเบื้องต้นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบใช้ความร้อน (11B97) และระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าสำหรับคอมเพล็กซ์ Martian ที่ปล่อยโดยยานปล่อย N1M ได้รับการพัฒนา ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกประกอบจากบล็อกที่แยกจากกัน โดยพลังงานไฟฟ้าของหนึ่งบล็อกสูงถึง 5 เมกะวัตต์ แรงขับไฟฟ้า - 9.5 กก. ด้วยแรงกระตุ้นจำเพาะ 78,000 ม./วินาที อย่างไรก็ตาม การสร้างแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ที่ทรงพลังใช้เวลานานกว่าที่คาดไว้มาก สิ่งแรกที่ค้นพบการใช้งานจริงเนื่องจากการออกแบบที่เรียบง่ายและมีน้ำหนักเบาคือเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กตริกกัมมันตภาพรังสี (RTG) ที่ใช้ความร้อนจากฟิชชันที่เกิดขึ้นเองของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี (เช่น พอโลเนียม-210) เทอร์โมอิเล็กทริกคอนเวอร์เตอร์นั้นเป็นเทอร์โมคัปเปิ้ลธรรมดา อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของพลังงานที่ค่อนข้างต่ำของ RTG และไอโซโทปที่มีราคาสูงที่ใช้นั้นจำกัดการใช้งานอย่างมาก การใช้เครื่องแปลงพลังงานเทอร์โมอิเล็กทริกและความร้อนร่วมกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รวมกันเป็นหน่วยเดียว (เครื่องปฏิกรณ์แบบแปลง) มีแนวโน้มที่ดีที่สุด เพื่อทดสอบความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์-ตัวแปลงขนาดเล็กที่ IEA (ร่วมกับ NPO Luch) ในปี 1964 มีการสร้างการติดตั้งทดลอง "Romashka" ความร้อนที่เกิดขึ้นในแกนกลางจะทำความร้อนให้กับตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกที่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งประกอบด้วยเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอน-เจอร์เมเนียมจำนวนมาก ในขณะที่พื้นผิวอีกด้านถูกระบายความร้อนด้วยหม้อน้ำ กำลังไฟฟ้าอยู่ที่ 500 วัตต์ ที่กำลังความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ 40 กิโลวัตต์ ในไม่ช้าการทดสอบ "Romashka" ก็หยุดลงเนื่องจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ BES-5 (Buk) ที่มีกำลังสูงกว่ามากได้รับการทดสอบแล้ว การพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ BES-5 ที่มีกำลังไฟฟ้า 2,800 วัตต์ มีจุดประสงค์เพื่อใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์ของยานอวกาศลาดตระเวนเรดาร์ US-A เริ่มต้นในปี 1961 ที่ NPO "Red Star" ภายใต้การนำทางวิทยาศาสตร์ของ IPPE การบินครั้งแรกของยานอวกาศ US-A (3 ตุลาคม 2513 "Cosmos-367") ไม่ประสบความสำเร็จ - โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ BES-5 ทำงานเป็นเวลา 110 นาที หลังจากนั้นแกนเครื่องปฏิกรณ์ก็ละลาย การเปิดตัวโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดัดแปลงอีก 9 ครั้งต่อมาประสบความสำเร็จในปี พ.ศ. 2518 ยานอวกาศ US-A ถูกนำมาใช้โดยกองทัพเรือ ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2521 เนื่องจากความล้มเหลวของยานอวกาศ US-A (Cosmos -954) ชิ้นส่วนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Buk จึงตกลงบนดินแดนของแคนาดา โดยรวมแล้ว (ก่อนปลดประจำการในปี 2532) มีการปล่อยยานอวกาศเหล่านี้ 32 ครั้งควบคู่ไปกับ งานเกี่ยวกับการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเครื่องกำเนิดลวดเทอร์โมอิเล็กทริก - งานดำเนินการกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีตัวแปลงความร้อนซึ่งมีประสิทธิภาพอายุการใช้งานและลักษณะขนาดน้ำหนักสูงกว่า โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Thermionic ใช้ผลของการปล่อยความร้อนจากพื้นผิว ของตัวนำที่ให้ความร้อนเพียงพอ เพื่อทดสอบตัวแปลงความร้อนกำลังสูง เครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นในปี 2507 ฐานในเคียฟ (ในปี 1970 ฐานเดียวกันนี้ปรากฏในอัลมา-อาตา) งานนี้ดำเนินการโดยนักพัฒนาสองคน - โทปาซนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าที่มีกำลังไฟฟ้า 5-6.6 kW ได้รับการพัฒนาที่ NPO "Red Star" (การจัดการทางวิทยาศาสตร์ของ IPPE) - หน่วยข่าวกรองนิวเคลียร์ Energovak-TsKBM (การจัดการทางวิทยาศาสตร์ของสถาบันวิจัย Kurchatov แห่งรัสเซีย) พัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Yenisei สำหรับยานอวกาศกระจายเสียงโทรทัศน์ Ekran-AM ได้รับการทดสอบสองครั้งในสภาพอวกาศบนยานอวกาศพลาสมา -A" (2 กุมภาพันธ์ 2530 "Cosmos-1818" และ 10 กรกฎาคม 2530 "คอสมอส-1867") ด้วยอายุการออกแบบหนึ่งปีในเที่ยวบินที่สอง "โทแพซ" ใช้งานได้นานกว่า 11 เดือน แต่การเปิดตัวหยุดอยู่ที่นั่น งานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Yenisei ถูกหยุดที่ขั้นตอนการทดสอบภาคพื้นดินเนื่องจากการหยุดงานบนยานอวกาศตามที่ตั้งใจไว้ รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับแหล่งพลังงานนิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศจะมีการหารือในหน้าแยกต่างหากของไซต์ ในปี 1970 NPO Energomash พัฒนาการออกแบบเบื้องต้นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบแก๊ส (ที่มีโซนวัสดุฟิสไซล์ที่ไม่ไหล) EU-610 ด้วยกำลังไฟฟ้า 3.3 GW อย่างไรก็ตามปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานทำให้ไม่สามารถดำเนินโครงการนี้ได้ ในปี 1978 NPO Krasnaya Zvezda พัฒนาข้อเสนอทางเทคนิคสำหรับระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ Zarya-3 2 รุ่นที่มีกำลังไฟฟ้า 24 kW และอายุการใช้งานมากกว่าหนึ่งปี ตัวเลือกแรกคือการดัดแปลงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Topaz-1 ส่วนอีกตัวมีการออกแบบดั้งเดิม (โรงไฟฟ้าพลังความร้อนระยะไกลพร้อมท่อความร้อน) งานติดตั้งหยุดลงเนื่องจากขาดการเชื่อมต่อกับยานอวกาศบางลำ ในช่วงปี พ.ศ. 2524-29 มีการออกแบบและทดลองงานจำนวนมากซึ่งบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการเพิ่มอายุการใช้งานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็น 3-5 ปีและพลังงานไฟฟ้าเป็น 600 กิโลวัตต์ ในปี 1982 NPO Energia (TsKBEM) ตามเงื่อนไขการอ้างอิงของภูมิภาคมอสโกได้พัฒนาข้อเสนอทางเทคนิคสำหรับการลากจูงภายในวงโคจรนิวเคลียร์ Hercules ด้วยกำลังไฟฟ้า 550 kW เปิดตัวสู่วงโคจรอ้างอิงที่ระดับความสูง 200 กม. คอมเพล็กซ์ Energia-Buran หรือยานปล่อยโปรตอน ในปี 1986 ข้อเสนอทางเทคนิคได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้ลากจูงระหว่างวงโคจรกับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อขนส่งน้ำหนักบรรทุกที่มีน้ำหนักมากถึง 100 ตันสู่วงโคจรค้างฟ้าซึ่งถูกปล่อยสู่วงโคจรอ้างอิงของยานปล่อยพลังงาน Energia แต่งานเหล่านี้ไม่ได้ดำเนินต่อไป ดังนั้นสหภาพโซเวียตจึงไม่เคยสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้งานได้อย่างแท้จริง แม้ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะดำเนินการบนยานอวกาศอนุกรมได้สำเร็จก็ตาม ยานอวกาศลำแรกและลำเดียวที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าคือยานอวกาศ "Snapshot" ของอเมริกา ซึ่งเปิดตัวเมื่อวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2508 กำลังไฟฟ้าของเครื่องปฏิกรณ์คอนเวอร์เตอร์คือ 650 วัตต์ มีการติดตั้งเครื่องยนต์ไอออนทดลองบนอุปกรณ์ อย่างไรก็ตาม การเปิดใช้งานเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าครั้งแรก (ในวันที่ 43 ของการบิน) นำไปสู่การปิดเครื่องปฏิกรณ์ฉุกเฉิน บางทีสาเหตุอาจเป็นเพราะไฟฟ้าแรงสูงขัดข้องซึ่งมาพร้อมกับการทำงานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากการที่คำสั่งเท็จถูกส่งไปเพื่อรีเซ็ตตัวสะท้อนแสงของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งนำไปสู่การปิดเครื่อง ในปี 1992 สหรัฐอเมริกาซื้อโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Yenisei สองแห่งจากรัสเซีย เครื่องปฏิกรณ์เครื่องหนึ่งควรจะใช้ในปี 1995 ในหัวข้อ “การทดลองอวกาศด้วยแรงขับดันนิวเคลียร์” อย่างไรก็ตามในปี 1996 โครงการถูกปิด ในสหรัฐอเมริกา การวิจัยเกี่ยวกับปัญหาในการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ได้ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการลอสอลามอสมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2495 ในปี 1957 งานเริ่มขึ้นในโปรแกรมโรเวอร์ ต่างจากสหภาพโซเวียตซึ่งมีการทดสอบส่วนประกอบเชื้อเพลิงและส่วนประกอบเครื่องยนต์อื่น ๆ แบบทีละองค์ประกอบ สหรัฐอเมริกาใช้เส้นทางในการสร้างและทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดพร้อมกัน เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกชื่อ KIWI-A ได้รับการทดสอบเมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2502 ที่สนามฝึกพิเศษในเนวาดา มันเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีแกนประกอบจากแผ่นที่ไม่มีการป้องกันซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมของกราไฟท์และยูเรเนียม-235 ออกไซด์ที่ได้รับการเสริมสมรรถนะถึง 90% น้ำหนักทำหน้าที่เป็นตัวหน่วงนิวตรอน ยูเรเนียมออกไซด์ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ และไฮโดรเจนที่ผ่านช่องระหว่างแผ่นเปลือกโลกสามารถให้ความร้อนได้สูงถึง 1,600 องศาเท่านั้น พลังของเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้มีเพียง 100 เมกะวัตต์ การทดสอบ Kiwi-A เช่นเดียวกับการทดสอบครั้งต่อๆ ไปนั้นดำเนินการด้วยการดีดออกแบบเปิด กิจกรรมของผลิตภัณฑ์ไอเสียอยู่ในระดับต่ำและในทางปฏิบัติไม่มีข้อจำกัดในการทำงานในพื้นที่ทดสอบ การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์เสร็จสิ้นในวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2504 (ในระหว่างการปล่อยครั้งล่าสุด แกนกลางถูกทำลาย และชิ้นส่วนของแผ่นเปลือกโลกถูกปล่อยออกสู่กระแสไอเสีย) ผลลัพธ์ที่ได้จาก "การทดสอบที่ร้อนแรง" หกครั้งของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์กลับกลายเป็นว่าน่ายินดีอย่างยิ่ง และเมื่อต้นปี พ.ศ. 2504 มีการเตรียมรายงานเกี่ยวกับความจำเป็นในการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ขณะบิน อย่างไรก็ตามในไม่ช้า "อาการวิงเวียนศีรษะ" จากความสำเร็จครั้งแรกก็เริ่มผ่านไป และความเข้าใจก็เกิดขึ้นว่ามีปัญหามากมายในการสร้างระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ ซึ่งการแก้ปัญหาต้องใช้เวลาและเงินเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้ความคืบหน้าในการสร้างเครื่องยนต์เคมีสำหรับขีปนาวุธต่อสู้เหลือเพียงพื้นที่ทรงกลมสำหรับการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อฝ่ายบริหารของเคนเนดีมาถึงทำเนียบขาว (ในปี 2504) งานเกี่ยวกับเครื่องบินที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ก็หยุดลง โปรแกรมโรเวอร์ถูกเรียกว่า "หนึ่งในสี่พื้นที่ที่มีลำดับความสำคัญในการพิชิตอวกาศ" และเป็น พัฒนาต่อไป โปรแกรมใหม่ "Rift" (RIFT - เครื่องปฏิกรณ์ในการทดสอบการบิน) และ "Nerva" (NERVA - เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานยานพาหนะจรวด) ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเวอร์ชันการบินของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ซีรีส์ Kiwi ยังคงดำเนินต่อไป 1 กันยายน 1962 มีการทดสอบ Kiwi-V ที่มีกำลังการผลิต 1,100 MW ที่ใช้ไฮโดรเจนเหลว ยูเรเนียมออกไซด์ถูกแทนที่ด้วยคาร์ไบด์ที่ทนความร้อนมากขึ้น นอกจากนี้ แท่งเริ่มถูกเคลือบด้วยไนโอเบียมคาร์ไบด์ แต่ในระหว่างการทดสอบเมื่อพยายามทำให้ถึงอุณหภูมิที่ออกแบบ เครื่องปฏิกรณ์ก็เริ่มพังทลาย (ชิ้นส่วนของแผ่นเริ่มที่จะพังทลายลง) บินออกไปทางหัวฉีด) การเปิดตัวครั้งต่อไปเกิดขึ้นในวันที่ 30 พฤศจิกายน พ.ศ. 2505 แต่หลังจาก 260 วินาที ในระหว่างการดำเนินการ การทดสอบหยุดลงเนื่องจากมีการสั่นสะเทือนที่รุนแรงภายในเครื่องปฏิกรณ์และมีเปลวไฟวูบวาบในกระแสไอเสีย อันเป็นผลมาจากความล้มเหลวเหล่านี้ มีการวางแผนไว้สำหรับปี 1963 การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ Kiwi-V ถูกเลื่อนออกไปเป็นปีหน้า ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2507 มีการทดสอบอีกครั้งในระหว่างที่เครื่องยนต์ทำงานด้วยกำลัง 900 เมกะวัตต์เป็นเวลานานกว่าแปดนาที โดยมีแรงขับ 22.7 ตัน ด้วยความเร็วไอเสีย 7500 ม./วินาที เมื่อต้นปี พ.ศ. 2508 การทดสอบครั้งสุดท้ายเกิดขึ้นในระหว่างที่เครื่องปฏิกรณ์ถูกทำลาย มันถูกจงใจนำไปสู่จุดระเบิดอันเป็นผลมาจาก "การเร่งความเร็ว" อย่างรวดเร็ว หากโดยปกติการเปลี่ยนเครื่องปฏิกรณ์จากกำลังเป็นศูนย์ไปเป็นกำลังเต็มนั้นต้องใช้เวลาหลายสิบวินาที จากนั้นในระหว่างการทดสอบนี้ ระยะเวลาของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะถูกกำหนดโดยความเฉื่อยของแท่งควบคุมเท่านั้น และประมาณ 44 มิลลิวินาทีหลังจากที่พวกมันถูกถ่ายโอนจนเต็ม ตำแหน่งกำลัง เกิดการระเบิดเทียบเท่ากับ 50–60 กิโลกรัม ไตรไนโตรโทลูอีน โปรแกรม Rift เกี่ยวข้องกับการปล่อยจรวด Saturn-V พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ทดลองตามแนววิถีขีปนาวุธที่ระดับความสูงสูงสุด 1,000 กม. และต่อมาก็ตกลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกตอนใต้ ก่อนลงน้ำต้องระเบิดเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (ตอนนั้นน้อยคนนักที่คิดเรื่องความปลอดภัยของรังสี) แต่ปีแล้วปีเล่าโปรแกรมก็ล่าช้า และท้ายที่สุดก็ไม่เคยมีการนำมาใช้เลย ในขั้นแรก งานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ NERVA มีพื้นฐานมาจากเครื่องปฏิกรณ์กีวี-วีที่ได้รับการดัดแปลงเล็กน้อย เรียกว่า NERVA-NRX (การทดลองจรวดนิวเคลียร์ - จรวดนิวเคลียร์ทดลอง) ตั้งแต่ตอนนี้ยังไม่พบวัสดุที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิ 2,700–3,000 องศา และเพื่อต้านทานการถูกทำลายโดยไฮโดรเจนร้อน จึงตัดสินใจลดอุณหภูมิในการทำงานและแรงกระตุ้นจำเพาะถูกจำกัดไว้ที่ 8400 ม./วินาที การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์เริ่มขึ้นในปี พ.ศ. 2507 โดยมีกำลังไฟฟ้า 1,000 เมกะวัตต์ และมีแรงขับประมาณ 22.5 ตัน ความเร็วไอเสียมากกว่า 7000m/s ในปี 1966 ครั้งแรกกับการทดสอบเครื่องยนต์เต็มกำลัง 1100 เมกะวัตต์ ซึ่งเขาทำงานเป็นเวลา 28 นาที (จากการทำงาน 110 นาที) อุณหภูมิของไฮโดรเจนที่ทางออกของเครื่องปฏิกรณ์สูงถึง 2,000 องศา แรงผลักดันอยู่ที่ 20 ตัน ในขั้นตอนต่อไปของโครงการ มีการวางแผนที่จะใช้เครื่องปฏิกรณ์ Phoebus ที่ทรงพลังกว่า (Phoebus และ Pewee) การพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์เฟสโซลิดที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับเครื่องยนต์ NERVA ภายใต้โครงการ Phoebus ได้ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการ Los Alamos ตั้งแต่ปี 1963 เครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรกมีขนาดประมาณเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ Kiwi-V (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.813 ม. ยาว 1.395 ม.) แต่ได้รับการออกแบบมาให้มีกำลังมากกว่าประมาณสองเท่า บนพื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์นี้มีการวางแผนที่จะสร้างเครื่องยนต์ NERVA-1 การดัดแปลงครั้งต่อไปด้วยกำลังประมาณ 4,000–5,000 เมกะวัตต์จะนำไปใช้กับเครื่องยนต์ NERVA-2 เครื่องยนต์นี้มีแรงขับในช่วง 90-110 ตัน ควรมีความเร็วไอเสียสูงถึง 9,000 m/s ความสูงของเครื่องยนต์ประมาณ 12 ม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก - 1.8 ม. ปริมาณการใช้ของเหลวในการทำงาน 136กก./วินาที น้ำหนักของเครื่องยนต์ NERVA-2 อยู่ที่ประมาณ 13.6 ตัน เนื่องจากปัญหาทางการเงิน เครื่องยนต์ NERVA-2 จึงถูกละทิ้งในไม่ช้าและเปลี่ยนไปใช้การออกแบบเครื่องยนต์ NERVA-1 ที่ให้กำลังเพิ่มขึ้นด้วยแรงขับ 34 ตัน ด้วยความเร็วการไหลออก 8250 m/s การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ NRX-A6 ครั้งแรกสำหรับเครื่องยนต์นี้ดำเนินการเมื่อวันที่ 15 ธันวาคม พ.ศ. 2510 ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2512 การทดสอบอันร้อนแรงครั้งแรกของเครื่องยนต์ NERVA XE รุ่นทดลองที่มีแรงขับ 22.7 ตันเกิดขึ้น เวลาใช้งานของเครื่องยนต์ทั้งหมดคือ 115 นาที มีการสตาร์ท 28 ครั้ง NERVA-1 YARD มีเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีแกนกลางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เมตร และสูง 1.8 ม. ประกอบด้วยธาตุเชื้อเพลิงหกเหลี่ยม 1,800 แท่ง (ความเข้มข้นของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ 200 - 700 มก./ซีซี. - เครื่องปฏิกรณ์มีวงแหวนสะท้อนแสงหนาประมาณ 150 มม. ทำจากเบริลเลียมออกไซด์ ถังจ่ายพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ ส่วนแผงป้องกันรังสีภายในทำจากวัสดุคอมโพสิต (โบรอนคาร์ไบด์–อะลูมิเนียม–ไทเทเนียมไฮไดรด์) การป้องกันภายนอกเพิ่มเติมสามารถติดตั้งระหว่างเครื่องปฏิกรณ์และหน่วยเทอร์โบปั๊มได้ นาซ่าพิจารณาเครื่องยนต์ที่เหมาะสมสำหรับการบินตามแผนไปยังดาวอังคาร ควรจะติดตั้งที่ส่วนบนของยานปล่อย Saturn 5 เรือบรรทุกดังกล่าวสามารถบรรทุกสิ่งของในอวกาศได้มากกว่าสองหรือสามเท่ามากกว่ารุ่นที่ใช้สารเคมีล้วนๆ แต่โครงการอวกาศของอเมริกาส่วนใหญ่ถูกยกเลิกโดยฝ่ายบริหารของประธานาธิบดี Nixon และมันก็หยุดลงในปี 1970 การผลิตจรวดแซทเทิร์น-5 ยุติโครงการการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ครั้งสุดท้าย ที่ลอส อลามอส การทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ Pewee ภายใต้โครงการ Rover ยังคงดำเนินต่อไปจนถึงปี 1972 หลังจากนั้นโปรแกรมก็ปิดลงในที่สุด ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ของเรากับเครื่องยนต์ของอเมริกาก็คือเครื่องยนต์เหล่านี้มีความแตกต่างกัน ในเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน (สม่ำเสมอ) เชื้อเพลิงนิวเคลียร์และเครื่องหน่วงจะถูกผสมกัน ใน NRE ในประเทศ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถูกรวมไว้ในแท่งเชื้อเพลิง (แยกจากตัวหน่วง) และถูกห่อหุ้มไว้ในเปลือกป้องกัน เพื่อให้ตัวหน่วงทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าในเครื่องปฏิกรณ์ของอเมริกามาก ซึ่งทำให้สามารถละทิ้งกราไฟท์และใช้เซอร์โคเนียมไฮไดรด์เป็นตัวหน่วงได้ เป็นผลให้เครื่องปฏิกรณ์มีขนาดกะทัดรัดและเบากว่ากราไฟท์มาก เมื่อรวมกับรูปร่างของแท่งที่นักออกแบบโซเวียตพบ (สี่กลีบในหน้าตัดและบิดไปตามความยาว) ทำให้สามารถลดการสูญเสียยูเรเนียมได้อย่างมากอันเป็นผลมาจากการทำลายแท่ง (ไม่ใช่ สามารถกำจัดการทำลายล้างได้อย่างสมบูรณ์) ปัจจุบัน มีเพียงสหรัฐอเมริกาและรัสเซียเท่านั้นที่มีประสบการณ์สำคัญในการพัฒนาและสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์โซลิดเฟส และหากจำเป็น พวกเขาจะสามารถสร้างเครื่องยนต์ดังกล่าวได้ในเวลาอันสั้นและในราคาที่เหมาะสม ปัจจุบันคอมเพล็กซ์เครื่องปฏิกรณ์ IGR และ IVG-1 เป็นของศูนย์นิวเคลียร์แห่งชาติของสาธารณรัฐคาซัคสถาน อุปกรณ์ได้รับการบำรุงรักษาให้อยู่ในสภาพที่ค่อนข้างใช้งานได้ เป็นไปได้ว่าการกลับมาทำงานในโครงการบินไปยังดวงจันทร์และดาวอังคารอีกครั้งจะช่วยฟื้นความสนใจในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส นอกจากนี้ การใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์สามารถขยายขอบเขตของการศึกษาระบบสุริยะได้อย่างมาก ซึ่งช่วยลดเวลาที่ต้องใช้ในการเข้าถึงดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล ในปี 2010 ประธานาธิบดีเมดเวเดฟแห่งรัสเซียสั่งให้สร้างโมดูลการขนส่งอวกาศและพลังงานจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าไอออน การสร้างเครื่องปฏิกรณ์จะดำเนินการโดย NIKIET Keldysh Center จะสร้างระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ และ RSC Energia จะสร้างโมดูลการขนส่งและพลังงานเอง กำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของคอนเวอร์เตอร์กังหันก๊าซในโหมดระบุจะอยู่ที่ 100-150 กิโลวัตต์ ขอเสนอให้ใช้ซีนอนเป็น RT แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า 9000-50000m/วินาที ทรัพยากร 1.5-3 ปี น้ำหนักและขนาดของการติดตั้งต้องอนุญาตให้ใช้รถส่งของ Proton และ Angara ในการเปิดตัวได้ การทดสอบภาคพื้นดินของต้นแบบที่ใช้งานได้จะเริ่มในปี 2557 และภายในปี 2560 เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะพร้อมสำหรับการปล่อยสู่อวกาศ (NASA ก็เริ่มโครงการที่คล้ายกันในปี 2546 แต่แล้วเงินทุนก็หยุดลง) การพัฒนาโครงการทั้งหมดจะต้องใช้เงิน 17 พันล้านรูเบิล รอดู.

© Oksana Viktorova/Collage/Ridus

คำแถลงของวลาดิมีร์ ปูตินในระหว่างการปราศรัยต่อสมัชชาสหพันธรัฐเกี่ยวกับการปรากฏตัวในรัสเซียของขีปนาวุธล่องเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์นิวเคลียร์ทำให้เกิดความตื่นเต้นในสังคมและสื่อ ในเวลาเดียวกันจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ทั้งประชาชนทั่วไปและผู้เชี่ยวชาญทราบค่อนข้างน้อยเกี่ยวกับเครื่องยนต์ดังกล่าวและความเป็นไปได้ในการใช้งาน

“Reedus” พยายามคิดว่าอุปกรณ์ทางเทคนิคประเภทไหนที่ประธานาธิบดีสามารถพูดถึงได้ และอะไรที่ทำให้อุปกรณ์นี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว

เมื่อพิจารณาว่าการนำเสนอใน Manege ไม่ได้มีไว้สำหรับผู้ชมที่เป็นผู้เชี่ยวชาญทางเทคนิค แต่สำหรับสาธารณชน "ทั่วไป" ผู้เขียนอาจอนุญาตให้มีการทดแทนแนวคิดบางอย่างได้ Georgiy Tikhomirov รองผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์และเทคโนโลยีแห่ง มหาวิทยาลัยวิจัยนิวเคลียร์แห่งชาติ MEPhI ไม่ได้ออกกฎ

“สิ่งที่ประธานาธิบดีพูดและแสดงให้เห็น ผู้เชี่ยวชาญเรียกว่าโรงไฟฟ้าขนาดกะทัดรัด ซึ่งเป็นการทดลองในขั้นต้นในการบิน และจากนั้นในการสำรวจในห้วงอวกาศ สิ่งเหล่านี้เป็นความพยายามที่จะแก้ไขปัญหาที่ไม่ละลายน้ำของการจ่ายเชื้อเพลิงให้เพียงพอเมื่อบินในระยะทางไม่จำกัด ในแง่นี้ การนำเสนอถูกต้องโดยสมบูรณ์ การมีเครื่องยนต์ดังกล่าวช่วยให้แน่ใจว่ามีการจ่ายพลังงานให้กับระบบจรวดหรืออุปกรณ์อื่นๆ เป็นเวลานานอย่างไม่มีกำหนด” เขากล่าวกับ Reedus

การทำงานกับเครื่องยนต์ดังกล่าวในสหภาพโซเวียตเริ่มขึ้นเมื่อ 60 ปีที่แล้วภายใต้การนำของนักวิชาการ M. Keldysh, I. Kurchatov และ S. Korolev ในปีเดียวกันนั้น งานที่คล้ายกันได้ดำเนินการในสหรัฐอเมริกา แต่ถูกยกเลิกในปี พ.ศ. 2508 ในสหภาพโซเวียต งานดำเนินไปประมาณหนึ่งทศวรรษก่อนที่จะถือว่าไม่เกี่ยวข้องด้วย บางทีนั่นอาจเป็นสาเหตุที่วอชิงตันไม่โต้ตอบมากเกินไป โดยบอกว่าพวกเขาไม่แปลกใจกับการนำเสนอขีปนาวุธของรัสเซีย

ในรัสเซีย แนวคิดเรื่องเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไม่เคยตายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่ปี 2552 เป็นต้นมา การพัฒนาเชิงปฏิบัติของโรงงานดังกล่าวได้ดำเนินการไปแล้ว เมื่อพิจารณาตามเวลา การทดสอบที่ประธานาธิบดีประกาศนั้นเข้ากันได้ดีกับโครงการร่วมของ Roscosmos และ Rosatom เนื่องจากนักพัฒนาวางแผนที่จะทำการทดสอบภาคสนามของเครื่องยนต์ในปี 2561 อาจเนื่องมาจากเหตุผลทางการเมือง พวกเขาจึงผลักดันตัวเองเล็กน้อยและเลื่อนกำหนดเวลา "ไปทางซ้าย"

“ในทางเทคโนโลยี มันได้รับการออกแบบในลักษณะที่หน่วยพลังงานนิวเคลียร์ให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็นของแก๊ส และก๊าซร้อนนี้จะหมุนกังหันหรือสร้างแรงขับเจ็ทโดยตรง ไหวพริบบางอย่างในการนำเสนอจรวดที่เราได้ยินคือระยะการบินของมันไม่สิ้นสุด: มันถูกจำกัดด้วยปริมาตรของของไหลที่ใช้งาน - ก๊าซเหลวซึ่งสามารถสูบเข้าไปในถังจรวดได้ทางกายภาพ” ผู้เชี่ยวชาญกล่าว

ในเวลาเดียวกัน จรวดอวกาศและขีปนาวุธร่อนมีรูปแบบการควบคุมการบินที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน เนื่องจากมีภารกิจที่แตกต่างกัน การบินครั้งแรกในอวกาศที่ไม่มีอากาศนั้นไม่จำเป็นต้องเคลื่อนที่ - ก็เพียงพอแล้วที่จะให้แรงกระตุ้นเริ่มต้นจากนั้นมันจะเคลื่อนที่ไปตามวิถีกระสุนที่คำนวณได้

ในทางกลับกัน ขีปนาวุธร่อนจะต้องเปลี่ยนวิถีอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะต้องมีเชื้อเพลิงเพียงพอในการสร้างแรงกระตุ้น ไม่ว่าเชื้อเพลิงนี้จะถูกจุดชนวนโดยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์หรือแบบดั้งเดิมนั้นไม่สำคัญในกรณีนี้ Tikhomirov เน้นย้ำว่าสิ่งเดียวที่สำคัญคือการจ่ายเชื้อเพลิงนี้

“จุดประสงค์ของการติดตั้งนิวเคลียร์เมื่อบินเข้าไปในห้วงอวกาศคือการมีแหล่งพลังงานบนเครื่องเพื่อจ่ายพลังงานให้กับระบบของอุปกรณ์ในระยะเวลาไม่จำกัด ในกรณีนี้ อาจไม่เพียงมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เท่านั้น แต่ยังมีเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกไอโซโทปรังสีด้วย แต่ความหมายของการติดตั้งบนจรวดซึ่งการบินจะใช้เวลาไม่เกินสองสามสิบนาทียังไม่ชัดเจนสำหรับฉัน” นักฟิสิกส์ยอมรับ

รายงานของ Manege นั้นช้าไปเพียงสองสามสัปดาห์ เมื่อเทียบกับการประกาศของ NASA เมื่อวันที่ 15 กุมภาพันธ์ ที่ว่าชาวอเมริกันกลับมาทำงานวิจัยเกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่พวกเขาละทิ้งไปเมื่อครึ่งศตวรรษก่อน

อย่างไรก็ตาม ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2560 บริษัท China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) ประกาศว่าจะสร้างยานอวกาศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ในประเทศจีนภายในปี พ.ศ. 2588 ดังนั้น วันนี้เราสามารถพูดได้อย่างปลอดภัยว่าการแข่งขันขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ระดับโลกได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว

ระวังมีตัวอักษรเยอะมาก

แบบจำลองการบินของยานอวกาศที่มีระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ (NPP) มีการวางแผนที่จะสร้างในรัสเซียภายในปี 2568 งานที่เกี่ยวข้องจะรวมอยู่ในร่างโครงการอวกาศของรัฐบาลกลางปี ​​2559-2568 (FKP-25) ซึ่งส่งโดย Roscosmos เพื่อขออนุมัติต่อกระทรวงต่างๆ

ระบบพลังงานนิวเคลียร์ถือเป็นแหล่งพลังงานหลักที่มีแนวโน้มในอวกาศเมื่อวางแผนการสำรวจอวกาศขนาดใหญ่ ในอนาคต โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งปัจจุบันถูกสร้างขึ้นโดยบริษัท Rosatom จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าเมกะวัตต์ในอวกาศได้

งานทั้งหมดเกี่ยวกับการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์กำลังดำเนินการตามกำหนดเวลาที่วางแผนไว้ เราสามารถพูดด้วยความมั่นใจในระดับสูงว่างานจะแล้วเสร็จตรงเวลาตามที่โปรแกรมเป้าหมายกำหนดไว้” Andrey Ivanov ผู้จัดการโครงการแผนกสื่อสารของบริษัท Rosatom State กล่าว

เมื่อเร็วๆ นี้ โครงการได้เสร็จสิ้นขั้นตอนสำคัญสองขั้นตอน: การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่เป็นเอกลักษณ์ได้ถูกสร้างขึ้น เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง การไล่ระดับอุณหภูมิขนาดใหญ่ และการแผ่รังสีปริมาณสูง การทดสอบทางเทคโนโลยีของถังปฏิกรณ์ของหน่วยพลังงานอวกาศในอนาคตก็เสร็จสมบูรณ์เช่นกัน ส่วนหนึ่งของการทดสอบเหล่านี้ ตัวเรือนได้รับแรงดันเกิน และทำการวัดแบบ 3 มิติในบริเวณโลหะฐาน รอยเชื่อมตามเส้นรอบวง และพื้นที่เปลี่ยนผ่านแบบเรียว

หลักการทำงาน ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง

ไม่มีปัญหาพื้นฐานกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานในอวกาศ ในช่วงปี พ.ศ. 2505 ถึง พ.ศ. 2536 ประเทศของเราสั่งสมประสบการณ์มากมายในการผลิตสิ่งติดตั้งที่คล้ายกัน งานที่คล้ายกันนี้ดำเนินการในสหรัฐอเมริกา ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1960 เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าหลายประเภทได้รับการพัฒนาในโลก: ไอออน, พลาสมาแบบอยู่กับที่, เครื่องยนต์ชั้นแอโนด, เครื่องยนต์พลาสมาแบบพัลซ์, แมกนีโตพลาสมา, แมกนีโตพลาสโมไดนามิก

งานเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศได้ดำเนินการอย่างแข็งขันในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาในศตวรรษที่ผ่านมา: ชาวอเมริกันปิดโครงการในปี 1994 สหภาพโซเวียต - ในปี 1988 การปิดงานส่วนใหญ่ได้รับการสนับสนุนจากภัยพิบัติเชอร์โนบิล ซึ่งส่งผลเสียต่อความคิดเห็นของสาธารณชนเกี่ยวกับการใช้พลังงานนิวเคลียร์ นอกจากนี้การทดสอบการติดตั้งนิวเคลียร์ในอวกาศไม่ได้ดำเนินการตามที่วางแผนไว้เสมอไป: ในปี 1978 ดาวเทียม Kosmos-954 ของโซเวียตเข้าสู่ชั้นบรรยากาศและสลายตัวโดยกระจายเศษกัมมันตภาพรังสีหลายพันชิ้นไปทั่วพื้นที่ 100,000 ตารางเมตร กม. ทางตะวันตกเฉียงเหนือของแคนาดา สหภาพโซเวียตจ่ายเงินชดเชยให้กับแคนาดาเป็นจำนวนมากกว่า 10 ล้านดอลลาร์

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2531 สององค์กร ได้แก่ สหพันธ์นักวิทยาศาสตร์อเมริกันและคณะกรรมการนักวิทยาศาสตร์โซเวียตเพื่อสันติภาพต่อต้านภัยคุกคามนิวเคลียร์ - ได้ยื่นข้อเสนอร่วมกันเพื่อห้ามการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศ ข้อเสนอดังกล่าวไม่ได้รับผลที่ตามมาอย่างเป็นทางการใดๆ แต่ตั้งแต่นั้นมาก็ไม่มีประเทศใดที่ส่งยานอวกาศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือ

ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของโครงการคือลักษณะการปฏิบัติงานที่สำคัญในทางปฏิบัติ - อายุการใช้งานที่ยาวนาน (การดำเนินงาน 10 ปี) ช่วงเวลาการยกเครื่องที่สำคัญและระยะเวลาการทำงานที่ยาวนานบนสวิตช์ตัวเดียว

ในปี พ.ศ. 2553 ได้มีการจัดทำข้อเสนอด้านเทคนิคสำหรับโครงการนี้ การออกแบบเริ่มขึ้นในปีนี้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ประกอบด้วยอุปกรณ์หลักสามอย่าง: 1) การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์พร้อมของไหลทำงานและอุปกรณ์เสริม (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องพักฟื้นและเทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ - คอมเพรสเซอร์); 2) ระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้า 3) ตู้เย็น - อิมิตเตอร์

เครื่องปฏิกรณ์

จากมุมมองทางกายภาพ นี่คือเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วระบายความร้อนด้วยแก๊สขนาดกะทัดรัด
เชื้อเพลิงที่ใช้คือสารประกอบ (ไดออกไซด์หรือคาร์โบไนไตรด์) ของยูเรเนียม แต่เนื่องจากการออกแบบจะต้องมีขนาดกะทัดรัดมาก ยูเรเนียมจึงมีการเสริมสมรรถนะในไอโซโทป 235 สูงกว่าในแท่งเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไป (พลเรือน) ซึ่งอาจสูงกว่า 20% และเปลือกของพวกมันคือโลหะผสมโมโนคริสตัลไลน์ของโลหะทนไฟที่มีโมลิบดีนัม

เชื้อเพลิงนี้จะต้องทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่อาจมีปัจจัยลบที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้เชื้อเพลิงทำหน้าที่หลักในการให้ความร้อนแก่ก๊าซน้ำหล่อเย็นซึ่งจะใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า

ตู้เย็น.

การระบายความร้อนของก๊าซในระหว่างการปฏิบัติงานของการติดตั้งนิวเคลียร์เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง จะทิ้งความร้อนในอวกาศได้อย่างไร? ความเป็นไปได้เพียงอย่างเดียวคือการทำให้เย็นลงด้วยรังสี พื้นผิวที่ร้อนในช่องว่างจะเย็นลง ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาเป็นวงกว้าง รวมถึงแสงที่มองเห็นด้วย ความเป็นเอกลักษณ์ของโครงการคือการใช้สารหล่อเย็นพิเศษ - ส่วนผสมฮีเลียม - ซีนอน การติดตั้งทำให้มีประสิทธิภาพสูง

เครื่องยนต์.

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ไอออนมีดังนี้ ในห้องปล่อยก๊าซ พลาสมาที่ทำให้บริสุทธิ์จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้แอโนดและบล็อกแคโทดที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก จากนั้นไอออนของของไหลทำงาน (ซีนอนหรือสารอื่น ๆ ) จะถูก "ดึง" โดยอิเล็กโทรดปล่อยก๊าซและเร่งในช่องว่างระหว่างมันกับอิเล็กโทรดเร่ง

เพื่อดำเนินการตามแผน มีการสัญญาว่าจะให้เงิน 17 พันล้านรูเบิลระหว่างปี 2553 ถึง 2561 จากกองทุนเหล่านี้ 7.245 พันล้านรูเบิลมีไว้สำหรับองค์กรของรัฐ Rosatom เพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์เอง อีก 3.955 พันล้าน - FSUE "Keldysh Center" สำหรับการสร้างโรงไฟฟ้าพลังนิวเคลียร์ อีก 5.8 พันล้านรูเบิลจะไปที่ RSC Energia ซึ่งภายในกรอบเวลาเดียวกันจะต้องสร้างลักษณะการทำงานของโมดูลการขนส่งและพลังงานทั้งหมด

ตามแผนภายในสิ้นปี 2560 จะมีการเตรียมระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์เพื่อทำให้โมดูลการขนส่งและพลังงาน (โมดูลถ่ายโอนระหว่างดาวเคราะห์) เสร็จสมบูรณ์ ภายในสิ้นปี 2561 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะพร้อมสำหรับการทดสอบการบิน โครงการนี้ได้รับทุนจากงบประมาณของรัฐบาลกลาง

ไม่มีความลับใดที่การสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เริ่มขึ้นในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา พวกเขามาไกลแค่ไหนแล้ว? และคุณประสบปัญหาอะไรบ้างระหว่างทาง?

Anatoly Koroteev: แท้จริงแล้ว งานเกี่ยวกับการใช้พลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศได้เริ่มต้นขึ้นและดำเนินการอย่างจริงจังที่นี่และในสหรัฐอเมริกาในช่วงทศวรรษ 1960-70

ในขั้นต้น ภารกิจถูกกำหนดให้สร้างเครื่องยนต์จรวดซึ่งแทนที่จะใช้พลังงานเคมีจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ จะใช้การให้ความร้อนของไฮโดรเจนจนถึงอุณหภูมิประมาณ 3,000 องศา แต่กลับกลายเป็นว่าเส้นทางตรงดังกล่าวยังคงไม่ได้ผล เราได้รับแรงขับสูงในช่วงเวลาสั้นๆ แต่ในขณะเดียวกัน เราก็ปล่อยไอพ่นออกมา ซึ่งในกรณีที่เครื่องปฏิกรณ์ทำงานผิดปกติอาจกลายเป็นสารปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีได้

ประสบการณ์บางอย่างถูกสั่งสมมา แต่ทั้งเราและชาวอเมริกันก็ไม่สามารถสร้างเครื่องยนต์ที่เชื่อถือได้ได้ พวกมันได้ผลแต่ไม่มาก เพราะการให้ความร้อนไฮโดรเจนถึง 3,000 องศาในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถือเป็นงานที่จริงจัง นอกจากนี้ ปัญหาสิ่งแวดล้อมยังเกิดขึ้นในระหว่างการทดสอบภาคพื้นดินของเครื่องยนต์ดังกล่าว เนื่องจากไอพ่นกัมมันตภาพรังสีถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ไม่ใช่ความลับอีกต่อไปที่งานดังกล่าวได้ดำเนินการที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ซึ่งเตรียมไว้เป็นพิเศษสำหรับการทดสอบนิวเคลียร์ซึ่งยังคงอยู่ในคาซัคสถาน

นั่นคือพารามิเตอร์สองตัวกลายเป็นวิกฤต - อุณหภูมิสุดขั้วและการปล่อยรังสี?

Anatoly Koroteev: โดยทั่วไปแล้วใช่ ด้วยเหตุผลเหล่านี้และเหตุผลอื่นๆ งานในประเทศของเราและในสหรัฐอเมริกาจึงถูกหยุดหรือระงับ - สามารถประเมินได้หลายวิธี และเพื่อดำเนินการต่อในลักษณะที่ตรงไปตรงมาเพื่อสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่มีข้อบกพร่องทั้งหมดที่กล่าวไปแล้วนั้นดูเหมือนจะไม่สมเหตุสมผลสำหรับเรา เราเสนอแนวทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง มันแตกต่างจากรถรุ่นเก่าในลักษณะเดียวกับที่รถไฮบริดแตกต่างจากรถปกติ ในรถยนต์ทั่วไป เครื่องยนต์จะหมุนล้อ แต่ในรถยนต์ไฮบริด ไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นจากเครื่องยนต์ และไฟฟ้านี้จะหมุนล้อ นั่นคือมีการสร้างโรงไฟฟ้าระดับกลางบางประเภท

ดังนั้นเราจึงเสนอโครงการที่เครื่องปฏิกรณ์อวกาศไม่ให้ความร้อนแก่เจ็ตที่พุ่งออกมาจากเครื่อง แต่ผลิตกระแสไฟฟ้า ก๊าซร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์จะเปลี่ยนกังหัน กังหันจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและคอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะหมุนเวียนของไหลทำงานในลักษณะวงปิด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับเครื่องยนต์พลาสมาด้วยแรงขับจำเพาะสูงกว่าแรงขับเคมีแบบอะนาล็อกถึง 20 เท่า

โครงการยุ่งยาก โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กในอวกาศ และข้อดีเหนือเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ทคืออะไร?

Anatoly Koroteev: สิ่งสำคัญคือไอพ่นที่ออกมาจากเครื่องยนต์ใหม่จะไม่เกิดกัมมันตภาพรังสีเนื่องจากสารทำงานที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงผ่านเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมีอยู่ในวงจรปิด

นอกจากนี้ ด้วยรูปแบบนี้ เราไม่จำเป็นต้องให้ความร้อนไฮโดรเจนตามค่าที่ห้ามปราม: สารทำงานเฉื่อยจะไหลเวียนอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งให้ความร้อนสูงถึง 1,500 องศา เรากำลังทำสิ่งต่างๆ ให้เป็นเรื่องง่ายสำหรับตัวเราเอง และด้วยเหตุนี้ เราจะเพิ่มแรงขับจำเพาะไม่ใช่สองเท่า แต่เพิ่มขึ้น 20 เท่าเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เคมี

อีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญเช่นกัน: ไม่จำเป็นต้องมีการทดสอบเต็มรูปแบบที่ซับซ้อน ซึ่งต้องใช้โครงสร้างพื้นฐานของสถานที่ทดสอบ Semipalatinsk เดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งฐานม้านั่งทดสอบที่ยังคงอยู่ในเมือง Kurchatov

ในกรณีของเรา การทดสอบที่จำเป็นทั้งหมดสามารถดำเนินการได้ในดินแดนรัสเซีย โดยไม่ต้องเข้าสู่การเจรจาระหว่างประเทศที่ยาวนานเกี่ยวกับการใช้พลังงานนิวเคลียร์นอกขอบเขตของรัฐ

ปัจจุบันงานที่คล้ายกันนี้กำลังดำเนินการในประเทศอื่นหรือไม่?

Anatoly Koroteev: ฉันได้พบปะกับรองหัวหน้า NASA เราได้พูดคุยถึงประเด็นต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกลับมาทำงานด้านพลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศ และเขาบอกว่าชาวอเมริกันกำลังแสดงความสนใจอย่างมากในเรื่องนี้

มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่จีนอาจตอบโต้ด้วยการดำเนินการในส่วนของตน ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องดำเนินการอย่างรวดเร็ว และไม่ใช่แค่เพื่อนำหน้าใครบางคนไปครึ่งก้าวเท่านั้น

ก่อนอื่นเราต้องทำงานอย่างรวดเร็ว เพื่อที่เราจะได้ดูดีในความร่วมมือระหว่างประเทศที่กำลังเกิดขึ้น และโดยพฤตินัยแล้ว มันกำลังก่อตัวขึ้น

ฉันไม่ได้ปฏิเสธว่าในอนาคตอันใกล้นี้อาจมีการริเริ่มโครงการระหว่างประเทศสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศ ซึ่งคล้ายกับโครงการเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมที่กำลังดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน

เครื่องยนต์จรวดเหลวทำให้มนุษย์สามารถขึ้นสู่อวกาศได้ - เข้าสู่วงโคจรใกล้โลก แต่ความเร็วของกระแสน้ำในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นไม่เกิน 4.5 กม./วินาที และสำหรับเที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นจำเป็นต้องใช้ความเร็วหลายสิบกิโลเมตรต่อวินาที วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้คือการใช้พลังงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์

การสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) ในทางปฏิบัตินั้นดำเนินการโดยสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาเท่านั้น ในปี พ.ศ. 2498 สหรัฐอเมริกาเริ่มดำเนินโครงการโรเวอร์เพื่อพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศ สามปีต่อมาในปี พ.ศ. 2501 NASA ได้มีส่วนร่วมในโครงการนี้ซึ่งกำหนดภารกิจเฉพาะสำหรับเรือที่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ - การบินไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โปรแกรมนี้เริ่มมีชื่อว่า NERVA ซึ่งย่อมาจาก “เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับติดตั้งบนจรวด”

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70 ภายในกรอบของโปรแกรมนี้มีการวางแผนที่จะออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ด้วยแรงขับประมาณ 30 ตัน (สำหรับการเปรียบเทียบแรงขับทั่วไปของเครื่องยนต์จรวดของเหลวในเวลานั้นคือประมาณ 700 ตัน) แต่ ด้วยความเร็วไอเสีย 8.1 กม./วินาที อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2516 โครงการนี้ปิดตัวลงเนื่องจากผลประโยชน์ของสหรัฐฯ ที่มีต่อกระสวยอวกาศเปลี่ยนไป

ในสหภาพโซเวียต การออกแบบเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์เครื่องแรกได้ดำเนินการในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 50 ในเวลาเดียวกัน นักออกแบบของสหภาพโซเวียตแทนที่จะสร้างแบบจำลองขนาดเต็ม กลับเริ่มสร้างส่วนต่างๆ ของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์แยกจากกัน จากนั้นการพัฒนาเหล่านี้ได้รับการทดสอบโดยโต้ตอบกับเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์แบบพัลซ์ที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษ (IGR)

ในช่วงทศวรรษที่ 70-80 ของศตวรรษที่ผ่านมา สำนักออกแบบ Salyut, สำนักออกแบบ Khimavtomatiki และ Luch NPO ได้สร้างโครงการเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อวกาศ RD-0411 และ RD-0410 ด้วยแรงขับ 40 และ 3.6 ตันตามลำดับ ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ เครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์เย็น และต้นแบบแบบตั้งโต๊ะได้ถูกผลิตขึ้นเพื่อการทดสอบ

ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2504 อังเดร ซาคารอฟ นักวิชาการชาวโซเวียตได้ประกาศโครงการระเบิดนิวเคลียร์ในการประชุมของนักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ชั้นนำในเครมลิน บลาสเตอร์มีเครื่องยนต์จรวดเหลวธรรมดาสำหรับการบินขึ้น แต่ในอวกาศมันควรจะระเบิดประจุนิวเคลียร์ขนาดเล็ก ผลผลิตจากฟิชชันที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดได้ถ่ายเทโมเมนตัมของพวกมันไปยังเรือ ทำให้มันลอยขึ้นไป อย่างไรก็ตาม เมื่อวันที่ 5 สิงหาคม พ.ศ. 2506 มีการลงนามในสนธิสัญญาห้ามการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ในชั้นบรรยากาศ อวกาศ และใต้น้ำในกรุงมอสโก นี่คือเหตุผลในการปิดโครงการระเบิดนิวเคลียร์

เป็นไปได้ว่าการพัฒนาเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์นั้นล้ำหน้าไปมาก อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้เร็วเกินไป ท้ายที่สุดแล้ว การเตรียมการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นนั้นกินเวลาหลายทศวรรษและต้องเตรียมระบบขับเคลื่อนล่วงหน้า

การออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) คือเครื่องยนต์ไอพ่นซึ่งพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียร์หรือปฏิกิริยาฟิวชันจะทำให้ของไหลทำงานร้อนขึ้น (ส่วนใหญ่มักเป็นไฮโดรเจนหรือแอมโมเนีย)

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์มีสามประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์:

• เฟสของแข็ง
• เฟสของเหลว
• เฟสแก๊ส

ที่สมบูรณ์ที่สุดคือ เฟสของแข็งตัวเลือกเครื่องยนต์ รูปนี้แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่ง่ายที่สุดพร้อมเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็ง สารทำงานอยู่ในถังภายนอก เมื่อใช้ปั๊มจะถูกส่งไปยังห้องเครื่องยนต์ ในห้องนั้น สารทำงานจะถูกพ่นโดยใช้หัวฉีดและสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง เมื่อถูกความร้อนจะขยายตัวและบินออกจากห้องผ่านหัวฉีดด้วยความเร็วสูง

เฟสของเหลว— เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ของเครื่องยนต์นั้นอยู่ในรูปของเหลว พารามิเตอร์แรงฉุดของเครื่องยนต์ดังกล่าวสูงกว่าเครื่องยนต์โซลิดเฟสเนื่องจากอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์สูงกว่า

ใน เฟสก๊าซเชื้อเพลิง NRE (เช่น ยูเรเนียม) และของไหลทำงานอยู่ในสถานะก๊าซ (ในรูปของพลาสมา) และถูกกักไว้ในพื้นที่ทำงานโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า พลาสมายูเรเนียมที่ถูกให้ความร้อนถึงหมื่นองศาจะถ่ายเทความร้อนไปยังของไหลทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) ซึ่งในทางกลับกันเมื่อถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดกระแสน้ำเจ็ต

ขึ้นอยู่กับประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเครื่องยนต์จรวดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัส และเครื่องยนต์นิวเคลียร์เอง (ใช้พลังงานของการแยกตัวของนิวเคลียร์)

ตัวเลือกที่น่าสนใจก็คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่ง - เสนอให้ใช้ประจุนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงาน (เชื้อเพลิง) การติดตั้งดังกล่าวอาจเป็นได้ทั้งภายในและภายนอก

ข้อดีหลักของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์คือ:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง
• พลังงานสำรองที่สำคัญ
• ความกะทัดรัดของระบบขับเคลื่อน
• ความเป็นไปได้ที่จะได้รับแรงผลักดันที่สูงมาก - นับสิบแสนตันในสุญญากาศ

ข้อเสียเปรียบหลักคืออันตรายจากรังสีสูงของระบบขับเคลื่อน:

• ฟลักซ์ของรังสีทะลุทะลวง (รังสีแกมมา นิวตรอน) ระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์
• การกำจัดสารประกอบกัมมันตรังสีสูงของยูเรเนียมและโลหะผสม
• การรั่วไหลของก๊าซกัมมันตภาพรังสีพร้อมกับของไหลทำงาน

ดังนั้นการสตาร์ทเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับการปล่อยจากพื้นผิวโลกเนื่องจากมีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสี