เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศรัสเซีย ทำไมเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ถึงไม่เกิดขึ้นจริง

พบบทความที่น่าสนใจ โดยทั่วไปแล้ว ยานอวกาศนิวเคลียร์สนใจฉันมาตลอด นี่คืออนาคตของอวกาศ มีการดำเนินการอย่างกว้างขวางในหัวข้อนี้ในสหภาพโซเวียต บทความนี้เป็นเพียงเกี่ยวกับพวกเขา

สู่อวกาศด้วยพลังงานนิวเคลียร์ ความฝันและความเป็นจริง.

วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิตสาขาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ 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 ใช้ความพยายามอย่างมากในการป้องกันประเทศ 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 เขาสามารถสร้างเทคโนโลยีสำหรับการผลิตเซรามิกเชิงเทคนิคโดยใช้เบริลเลียมออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กทริกที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งมีการนำความร้อนสูง 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 จรวด R-7 ที่เรียกว่า "วอสตอค" นั่นเองที่ส่งดาวเทียมโลกเทียมขึ้นสู่วงโคจรในปี 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 ชาวอเมริกันใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในโมดูลการสืบเชื้อสายเพื่อนำนักบินอวกาศลงจอดบนดวงจันทร์ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้คือน้ำซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลค่อนข้างต่ำและอัตราการไหลสูงกว่าการเผาไหม้น้ำมันก๊าดถึง 1.3 เท่า ซึ่งเพียงพอแล้วสำหรับยานพาหนะสืบเชื้อสายพร้อมนักบินอวกาศที่จะไปถึงพื้นผิวดวงจันทร์แล้วส่งกลับไปยังวงโคจรของดาวเทียมเทียม งานของ Korolev เกี่ยวกับเชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกระงับเนื่องจากอุบัติเหตุที่มีผู้เสียชีวิต เราไม่มีเวลาที่จะสร้างยานลงจอดบนดวงจันทร์สำหรับมนุษย์

วิธีหนึ่งในการเพิ่มอัตราไอเสียอย่างมีนัยสำคัญคือการสร้างจรวดความร้อนนิวเคลียร์ สำหรับเราสิ่งเหล่านี้เป็นขีปนาวุธนิวเคลียร์ (BAR) ที่มีพิสัยหลายพันกิโลเมตร (โครงการร่วมของ OKB-1 และ IPPE) ในขณะที่ชาวอเมริกันใช้ระบบประเภท "กีวี" ที่คล้ายกัน เครื่องยนต์ได้รับการทดสอบที่สถานที่ทดสอบใกล้กับเซมิพาลาตินสค์และเนวาดา หลักการทำงานมีดังนี้: ไฮโดรเจนถูกให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อุณหภูมิสูงผ่านเข้าสู่สถานะอะตอมและในรูปแบบนี้ไหลออกจากจรวด ในกรณีนี้ ความเร็วไอเสียจะเพิ่มขึ้นมากกว่าสี่เท่าเมื่อเทียบกับจรวดไฮโดรเจนเคมี คำถามคือต้องค้นหาว่าไฮโดรเจนสามารถให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีองค์ประกอบเชื้อเพลิงแข็งได้ที่อุณหภูมิเท่าใด 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 น้อยกว่าน้ำหนักของจรวดหลายสิบเท่าหลายร้อยเท่า 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 มีการพูดคุยถึงวิธีการสร้างระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าต่างๆ สำหรับยานอวกาศ เช่น "ปืนพลาสมา" เครื่องเร่งไฟฟ้าสถิตของ "ฝุ่น" หรือหยดของเหลว อย่างไรก็ตาม ไม่มีความคิดใดที่มีพื้นฐานทางกายภาพที่ชัดเจน การค้นพบครั้งนี้คือการแตกตัวเป็นไอออนของซีเซียมที่พื้นผิว

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

แรงดันไฟฟ้าที่เร่งไปยังกริดแรกจะเร่งซีเซียมไอออนเป็น 10,000 eV ส่วนแรงดันไฟฟ้าที่ชะลอตัวไปยังกริดที่สองจะช้าลงเหลือ 7,000 eV นี่คือพลังงานที่ไอออนจะต้องออกจากทรัสเตอร์ ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วไอเสีย 100 กม./วินาที แต่ลำแสงไอออนที่ถูกจำกัดด้วยประจุอวกาศ ไม่สามารถ "ออกไปนอกอวกาศได้" ประจุปริมาตรของไอออนจะต้องได้รับการชดเชยด้วยอิเล็กตรอนเพื่อสร้างพลาสมากึ่งเป็นกลาง ซึ่งจะกระจายไปในอวกาศโดยไม่มีสิ่งกีดขวางและสร้างแรงผลักดันปฏิกิริยา 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 การไหลของความร้อนที่ไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งเพียงพอสำหรับเซสชันการสื่อสาร 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 และการผลิตแบบอนุกรมในแผนกองค์ประกอบเชื้อเพลิงของเขาจากตัวแปลงความร้อนที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม - "มาลัย" สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ Topaz พวกเขาให้พลังงานสูงถึง 30 V - มากกว่าตัวแปลงองค์ประกอบเดียวที่สร้างโดย "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 แต่แทนที่จะใช้ตะเกียงน้ำมันก๊าด กลับใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 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 "ปลอกมือ" ที่ทำจากทังสเตนหรือโมลิบดีนัมเต็มไปด้วยยูเรเนียมออกไซด์ขั้วบวกเป็นท่อไนโอเบียมที่มีผนังบางซึ่งระบายความร้อนด้วยโซเดียมโพแทสเซียมเหลว 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

ผู้คลางแคลงแย้งว่าการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไม่ใช่ความก้าวหน้าที่สำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แต่เป็นเพียง "การปรับปรุงหม้อไอน้ำให้ทันสมัย" โดยที่ยูเรเนียมทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงและไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงแทนถ่านหินและฟืน ของไหลทำงาน NRE (เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์) สิ้นหวังขนาดนั้นเลยเหรอ? ลองคิดดูสิ

จรวดลำแรก

ความสำเร็จทั้งหมดของมนุษยชาติในการสำรวจอวกาศใกล้โลกนั้นสามารถนำมาประกอบกับเครื่องยนต์ไอพ่นเคมีได้อย่างปลอดภัย การทำงานของหน่วยกำลังดังกล่าวขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานของปฏิกิริยาเคมีของการเผาไหม้เชื้อเพลิงในตัวออกซิไดเซอร์ให้เป็นพลังงานจลน์ของกระแสน้ำเจ็ตและด้วยเหตุนี้จรวด เชื้อเพลิงที่ใช้ได้แก่ น้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลว เฮปเทน (สำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว (LPRE)) และส่วนผสมโพลีเมอร์ไรซ์ของแอมโมเนียมเปอร์คลอเรต อลูมิเนียม และเหล็กออกไซด์ (สำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (SRRE))

เป็นที่ทราบกันดีว่าจรวดตัวแรกที่ใช้สำหรับดอกไม้ไฟปรากฏในประเทศจีนในศตวรรษที่สองก่อนคริสต์ศักราช พวกมันลอยขึ้นสู่ท้องฟ้าด้วยพลังงานของผงก๊าซ การวิจัยเชิงทฤษฎีของช่างทำปืนชาวเยอรมัน Konrad Haas (1556), นายพลชาวโปแลนด์ Kazimir Semenovich (1650) และพลโท Alexander Zasyadko ชาวรัสเซียมีส่วนสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีจรวด

นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Robert Goddard ได้รับสิทธิบัตรสำหรับการประดิษฐ์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวลำแรก อุปกรณ์ของเขาซึ่งมีน้ำหนัก 5 กก. และยาวประมาณ 3 ม. ใช้น้ำมันเบนซินและออกซิเจนเหลว ใช้เวลา 2.5 วินาทีในปี 1926 บินได้ 56 เมตร

ความเร็วในการไล่ล่า

งานทดลองอย่างจริงจังเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นเคมีแบบอนุกรมเริ่มต้นขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในสหภาพโซเวียต V. P. Glushko และ F. A. Tsander ได้รับการพิจารณาอย่างถูกต้องว่าเป็นผู้บุกเบิกการสร้างเครื่องยนต์จรวด ด้วยการมีส่วนร่วมของพวกเขาหน่วยพลังงาน RD-107 และ RD-108 ได้รับการพัฒนาซึ่งช่วยให้มั่นใจถึงความเป็นอันดับหนึ่งของสหภาพโซเวียตในการสำรวจอวกาศและวางรากฐานสำหรับการเป็นผู้นำในอนาคตของรัสเซียในด้านการสำรวจอวกาศที่มีคนขับ

ในระหว่างการปรับปรุงเครื่องยนต์กังหันของเหลวให้ทันสมัย ​​เป็นที่ชัดเจนว่าความเร็วสูงสุดตามทฤษฎีของกระแสน้ำไอพ่นต้องไม่เกิน 5 กม./วินาที นี่อาจเพียงพอที่จะศึกษาอวกาศใกล้โลก แต่การบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นและยิ่งกว่านั้นไปยังดวงดาวต่างๆ จะยังคงเป็นความฝันอันไพเราะสำหรับมนุษยชาติ เป็นผลให้ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมาโครงการสำหรับเครื่องยนต์จรวดทางเลือก (ไม่ใช่สารเคมี) เริ่มปรากฏขึ้น สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งที่ได้รับความนิยมและมีแนวโน้มมากที่สุดคืออาคารที่ใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตัวอย่างทดลองแรกของเครื่องยนต์อวกาศนิวเคลียร์ (NRE) ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาผ่านการทดสอบการทดสอบย้อนกลับไปในปี 1970 อย่างไรก็ตามหลังจากภัยพิบัติเชอร์โนบิลภายใต้แรงกดดันสาธารณะ งานในพื้นที่นี้ถูกระงับ (ในสหภาพโซเวียตในปี 2531 ในสหรัฐอเมริกา - ตั้งแต่ปี 2537)

การดำเนินงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์นั้นใช้หลักการเดียวกับหลักการเทอร์โมเคมี ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการให้ความร้อนของของไหลทำงานนั้นดำเนินการโดยพลังงานการสลายตัวหรือฟิวชั่นของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวสูงกว่าสารเคมีอย่างมาก ตัวอย่างเช่น พลังงานที่สามารถปล่อยออกมาได้ 1 กิโลกรัมของเชื้อเพลิงที่ดีที่สุด (ส่วนผสมของเบริลเลียมกับออกซิเจน) คือ 3 × 107 J ในขณะที่ไอโซโทปพอโลเนียม Po210 ค่านี้คือ 5 × 1,011 J

พลังงานที่ปล่อยออกมาในเครื่องยนต์นิวเคลียร์สามารถนำมาใช้ได้หลายวิธี:

ให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานที่ปล่อยออกมาผ่านหัวฉีด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวแบบดั้งเดิม หลังจากการแปลงเป็นไฟฟ้า การแตกตัวเป็นไอออนและการเร่งอนุภาคของของไหลทำงาน สร้างแรงกระตุ้นโดยตรงจากผลิตภัณฑ์ฟิชชันหรือการสังเคราะห์ ของไหลทำงาน แต่การใช้แอลกอฮอล์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าแอมโมเนียหรือไฮโดรเจนเหลว เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบ่งออกเป็นสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ได้รับการพัฒนามากที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันแบบโซลิดเฟส โดยใช้แท่งเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) ที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นเชื้อเพลิง เครื่องยนต์เครื่องแรกดังกล่าว ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ American Nerva ได้รับการทดสอบภาคพื้นดินในปี พ.ศ. 2509 โดยใช้งานได้ประมาณสองชั่วโมง

คุณสมบัติการออกแบบ

หัวใจสำคัญของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในอวกาศคือเครื่องปฏิกรณ์ที่ประกอบด้วยแกนกลางและตัวสะท้อนแสงเบริลเลียมซึ่งอยู่ในตัวเรือนพลังงาน การแยกตัวของอะตอมของสารที่ติดไฟได้ ซึ่งมักจะเป็นยูเรเนียม U238 ซึ่งมีไอโซโทป U235 เสริมสมรรถนะเกิดขึ้นที่แกนกลาง เพื่อให้คุณสมบัติบางอย่างแก่กระบวนการสลายตัวของนิวเคลียส ผู้หน่วงก็อยู่ที่นี่เช่นกัน - ทังสเตนทนไฟหรือโมลิบดีนัม หากตัวหน่วงเวลารวมอยู่ในแท่งเชื้อเพลิง เครื่องปฏิกรณ์จะเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกัน และหากวางแยกกัน จะเรียกว่าต่างกัน เครื่องยนต์นิวเคลียร์ยังรวมถึงหน่วยจ่ายของเหลวที่ใช้งานได้ ตัวควบคุม การป้องกันรังสีจากเงา และหัวฉีด องค์ประกอบโครงสร้างและส่วนประกอบของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งมีภาระความร้อนสูง จะถูกระบายความร้อนด้วยของไหลทำงาน ซึ่งจากนั้นจะถูกสูบเข้าไปในชุดประกอบเชื้อเพลิงโดยหน่วยเทอร์โบปั๊ม ที่นี่ร้อนถึงเกือบ 3,000°C ของเหลวทำงานที่ไหลผ่านหัวฉีดจะสร้างแรงดันไอพ่น

ส่วนควบคุมเครื่องปฏิกรณ์โดยทั่วไปคือแท่งควบคุมและแท่นหมุนที่ทำจากสารดูดซับนิวตรอน (โบรอนหรือแคดเมียม) แท่งจะถูกวางโดยตรงในแกนกลางหรือในช่องสะท้อนแสงแบบพิเศษ และวางดรัมหมุนไว้ที่ขอบของเครื่องปฏิกรณ์ โดยการเคลื่อนย้ายแท่งหรือหมุนถัง จำนวนนิวเคลียสฟิสไซล์ต่อหน่วยเวลาจะเปลี่ยนไป ซึ่งควบคุมระดับการปล่อยพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์ และผลที่ตามมาก็คือพลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์

เพื่อลดความเข้มของรังสีนิวตรอนและแกมมาซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด องค์ประกอบการป้องกันเครื่องปฏิกรณ์หลักจึงถูกวางไว้ในอาคารผลิตไฟฟ้า

เพิ่มประสิทธิภาพ

เครื่องยนต์นิวเคลียร์แบบเฟสของเหลวมีลักษณะคล้ายกันในหลักการทำงานและการออกแบบกับแบบโซลิดเฟส แต่สถานะของเหลวของเชื้อเพลิงทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิของปฏิกิริยาได้ และด้วยเหตุนี้ แรงผลักดันของหน่วยกำลัง ดังนั้น หากสำหรับหน่วยเคมี (เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง) แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุด (ความเร็วการไหลของไอพ่น) คือ 5,420 m/s สำหรับเครื่องยนต์นิวเคลียร์เฟสของแข็งและ 10,000 m/s นั้นอยู่ไกลจากขีดจำกัด ดังนั้น ค่าเฉลี่ยของตัวบ่งชี้นี้สำหรับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเฟสอยู่ในช่วง 30,000 - 50,000 เมตร/วินาที

โครงการเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงมีสองประเภท:

วงจรเปิดซึ่งปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้นภายในเมฆพลาสมาของของไหลทำงานที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้ายึดไว้ และดูดซับความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมด อุณหภูมิอาจสูงถึงหลายหมื่นองศา ในกรณีนี้ พื้นที่แอคทีฟล้อมรอบด้วยสารทนความร้อน (เช่น ควอตซ์) ซึ่งเป็นหลอดไฟนิวเคลียร์ที่ส่งพลังงานที่ปล่อยออกมาอย่างอิสระ ในการติดตั้งประเภทที่สอง อุณหภูมิของปฏิกิริยาจะถูกจำกัดโดยจุดหลอมเหลว ของวัสดุขวด ในเวลาเดียวกัน ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในอวกาศจะลดลงเล็กน้อย (แรงกระตุ้นจำเพาะสูงถึง 15,000 m/s) แต่ประสิทธิภาพและความปลอดภัยของรังสีจะเพิ่มขึ้น

ความสำเร็จในทางปฏิบัติ

อย่างเป็นทางการ นักวิทยาศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Richard Feynman ถือเป็นผู้ประดิษฐ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จุดเริ่มต้นของงานขนาดใหญ่เกี่ยวกับการพัฒนาและการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Rover เกิดขึ้นที่ศูนย์วิจัย Los Alamos (สหรัฐอเมริกา) ในปี 1955 นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันนิยมติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน ตัวอย่างทดลองชุดแรกของ "กีวี-เอ" ถูกประกอบขึ้นที่โรงงานที่ศูนย์นิวเคลียร์ในเมืองอัลบูเคอร์คี (นิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา) และทำการทดสอบในปี พ.ศ. 2502 เครื่องปฏิกรณ์ถูกวางในแนวตั้งบนขาตั้งโดยให้หัวฉีดหงายขึ้น ในระหว่างการทดสอบ กระแสความร้อนของไฮโดรเจนที่ใช้แล้วถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยตรง และถึงแม้ว่าอธิการบดีจะทำงานโดยใช้พลังงานต่ำเพียงประมาณ 5 นาที แต่ความสำเร็จก็เป็นแรงบันดาลใจให้กับนักพัฒนา

ในสหภาพโซเวียต การประชุมของ "Ks ผู้ยิ่งใหญ่สามคน" ที่เกิดขึ้นในปี 1959 ที่สถาบันพลังงานปรมาณูได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังสำหรับการวิจัยดังกล่าว - ผู้สร้างระเบิดปรมาณู I.V. Kurchatov หัวหน้านักทฤษฎีของจักรวาลวิทยารัสเซีย M.V. Keldysh และผู้ออกแบบจรวดโซเวียต S.P. Queen ต่างจากรุ่นอเมริกัน เครื่องยนต์โซเวียต RD-0410 ซึ่งพัฒนาขึ้นที่สำนักออกแบบของสมาคม Khimavtomatika (Voronezh) มีเครื่องปฏิกรณ์ที่แตกต่างกัน การทดสอบไฟเกิดขึ้นที่สนามฝึกซ้อมใกล้กับเมืองเซมิพาลาตินสค์ในปี พ.ศ. 2521

เป็นที่น่าสังเกตว่ามีการสร้างโครงการทางทฤษฎีค่อนข้างมาก แต่เรื่องนี้ไม่เคยมีการปฏิบัติจริงเลย เหตุผลก็คือมีปัญหามากมายในด้านวัสดุศาสตร์ และขาดแคลนทรัพยากรบุคคลและการเงิน

หมายเหตุ: ความสำเร็จในทางปฏิบัติที่สำคัญคือการทดสอบการบินของเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์ ในสหภาพโซเวียตสิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ทดลอง Tu-95LAL ในสหรัฐอเมริกา - B-36

โครงการ "Orion" หรือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์พัลส์

สำหรับการบินในอวกาศ มีการเสนอให้ใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์แบบพัลส์เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2488 โดย Stanislaw Ulam นักคณิตศาสตร์ชาวอเมริกันที่มีต้นกำเนิดในโปแลนด์ ในทศวรรษถัดมา แนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาและปรับปรุงโดย T. Taylor และ F. Dyson สิ่งที่สำคัญที่สุดคือพลังงานของประจุนิวเคลียร์ขนาดเล็กซึ่งจุดชนวนที่ระยะห่างจากแท่นผลักที่ด้านล่างของจรวดนั้นให้ความเร่งอย่างมากแก่มัน

ในระหว่างโครงการ Orion ซึ่งเปิดตัวในปี 2501 มีการวางแผนที่จะติดตั้งจรวดด้วยเครื่องยนต์ที่สามารถส่งผู้คนไปยังพื้นผิวดาวอังคารหรือวงโคจรของดาวพฤหัสบดีได้ ลูกเรือที่อยู่ในห้องเก็บหัวเรือ จะได้รับการปกป้องจากผลการทำลายล้างจากการเร่งความเร็วขนาดมหึมาด้วยอุปกรณ์หน่วง ผลลัพธ์ของงานวิศวกรรมโดยละเอียดคือการทดสอบการเดินขบวนจำลองขนาดใหญ่ของเรือเพื่อศึกษาความเสถียรในการบิน (ใช้วัตถุระเบิดธรรมดาแทนประจุนิวเคลียร์) เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายสูง โครงการจึงปิดตัวลงในปี พ.ศ. 2508

แนวคิดที่คล้ายกันในการสร้าง "เครื่องบินระเบิด" แสดงโดยนักวิชาการโซเวียต A. Sakharov ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2504 นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอให้ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปเหลวแบบธรรมดาเพื่อส่งเรือขึ้นสู่วงโคจร

โครงการทางเลือก

โครงการจำนวนมากไม่เคยไปไกลกว่าการวิจัยเชิงทฤษฎี ในหมู่พวกเขามีต้นฉบับและมีแนวโน้มมากมากมาย แนวคิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใช้ชิ้นส่วนฟิสไซล์ได้รับการยืนยันแล้ว คุณสมบัติการออกแบบและโครงสร้างของเครื่องยนต์นี้ทำให้สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ของไหลทำงานเลย กระแสน้ำเจ็ตซึ่งให้ลักษณะเฉพาะของแรงผลักดันที่จำเป็นนั้นถูกสร้างขึ้นจากวัสดุนิวเคลียร์ที่ใช้แล้ว เครื่องปฏิกรณ์นั้นใช้จานหมุนที่มีมวลนิวเคลียร์ต่ำกว่าวิกฤต (ค่าสัมประสิทธิ์ฟิชชันของอะตอมน้อยกว่าเอกภาพ) เมื่อหมุนในส่วนของดิสก์ที่อยู่ในแกนกลาง ปฏิกิริยาลูกโซ่จะเริ่มต้นขึ้น และอะตอมพลังงานสูงที่กำลังสลายตัวจะถูกส่งไปยังหัวฉีดของเครื่องยนต์ ทำให้เกิดกระแสไอพ่น อะตอมที่ไม่บุบสลายที่เก็บรักษาไว้จะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาในการปฏิวัติครั้งต่อไปของจานเชื้อเพลิง

โครงการเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับเรือที่ทำงานบางอย่างในอวกาศใกล้โลกโดยใช้ RTG (เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กตริกรังสีไอโซโทป) ค่อนข้างจะใช้งานได้ แต่การติดตั้งดังกล่าวแทบไม่มีแนวโน้มว่าจะอยู่ในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และยิ่งกว่านั้นคือการบินระหว่างดวงดาว

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ฟิวชันมีศักยภาพมหาศาล ในขั้นตอนปัจจุบันของการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการติดตั้งแบบพัลส์นั้นค่อนข้างเป็นไปได้ซึ่งเช่นเดียวกับโครงการ Orion ประจุแสนสาหัสจะถูกจุดชนวนใต้ก้นจรวด อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญหลายคนมองว่าการนำนิวเคลียร์ฟิวชันแบบควบคุมไปใช้จะเป็นเรื่องของอนาคตอันใกล้นี้

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์

ข้อได้เปรียบที่เถียงไม่ได้ของการใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์เป็นหน่วยกำลังสำหรับยานอวกาศ ได้แก่ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ให้แรงกระตุ้นจำเพาะสูงและประสิทธิภาพแรงขับที่ดี (มากถึงพันตันในพื้นที่ไร้อากาศ) และพลังงานสำรองที่น่าประทับใจระหว่างการทำงานอัตโนมัติ ระดับการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในปัจจุบันช่วยให้มั่นใจได้ถึงความกะทัดรัดในการเปรียบเทียบของการติดตั้งดังกล่าว

ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ ซึ่งทำให้การออกแบบและการวิจัยต้องลดน้อยลง คือ อันตรายจากรังสีสูง นี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการทดสอบไฟภาคพื้นดินซึ่งเป็นผลมาจากก๊าซกัมมันตภาพรังสีสารประกอบยูเรเนียมและไอโซโทปของมันและผลการทำลายล้างของรังสีที่ทะลุทะลวงอาจเข้าสู่ชั้นบรรยากาศพร้อมกับของไหลทำงาน ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงไม่เป็นที่ยอมรับที่จะเปิดตัวยานอวกาศที่ติดตั้งเครื่องยนต์นิวเคลียร์โดยตรงจากพื้นผิวโลก

ปัจจุบันและอนาคต

ตามคำรับรองของนักวิชาการของ Russian Academy of Sciences ผู้อำนวยการทั่วไปของ Keldysh Center Anatoly Koroteev เครื่องยนต์นิวเคลียร์ชนิดใหม่โดยพื้นฐานจะถูกสร้างขึ้นในรัสเซียในอนาคตอันใกล้นี้ สาระสำคัญของแนวทางนี้คือพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์ในอวกาศจะไม่มุ่งไปที่การให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานโดยตรงและก่อตัวเป็นกระแสน้ำเจ็ต แต่จะผลิตกระแสไฟฟ้า บทบาทของแรงขับในการติดตั้งถูกกำหนดให้กับเครื่องยนต์พลาสมา ซึ่งมีแรงขับจำเพาะซึ่งสูงกว่าแรงขับของอุปกรณ์เจ็ทเคมีในปัจจุบันถึง 20 เท่า องค์กรหลักของโครงการคือแผนกหนึ่งของ บริษัท Rosatom, JSC NIKIET (มอสโก)

การทดสอบต้นแบบเต็มรูปแบบเสร็จสมบูรณ์ในปี 2558 บนพื้นฐานของ NPO Mashinostroeniya (Reutov) วันที่เริ่มการทดสอบการบินของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือเดือนพฤศจิกายนปีนี้ องค์ประกอบและระบบที่สำคัญที่สุดจะต้องได้รับการทดสอบ รวมทั้งบนสถานีอวกาศนานาชาติด้วย

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ของรัสเซียตัวใหม่ทำงานแบบวงจรปิด ซึ่งช่วยลดการปล่อยสารกัมมันตภาพรังสีออกสู่พื้นที่โดยรอบโดยสิ้นเชิง ลักษณะมวลและมิติขององค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้าช่วยให้มั่นใจได้ว่าสามารถใช้งานร่วมกับรถ Proton และ Angara ในประเทศที่มีอยู่ได้

อเล็กซานเดอร์ โลเซฟ

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีจรวดและอวกาศในศตวรรษที่ 20 ถูกกำหนดโดยเป้าหมายทางยุทธศาสตร์ การเมือง และในระดับหนึ่ง และผลประโยชน์ของมหาอำนาจทั้งสอง - สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา และโครงการอวกาศของรัฐทั้งหมดเป็น การดำเนินโครงการทางทหารอย่างต่อเนื่อง โดยที่ภารกิจหลักคือความจำเป็นในการรับรองความสามารถในการป้องกันและความเท่าเทียมทางยุทธศาสตร์กับศัตรูที่อาจเกิดขึ้น ต้นทุนในการสร้างอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานไม่ได้มีความสำคัญพื้นฐานในตอนนั้น ทรัพยากรจำนวนมหาศาลถูกจัดสรรให้กับการสร้างยานอวกาศและยานอวกาศ และการบิน 108 นาทีของยูริ กาการินในปี พ.ศ. 2504 และการออกอากาศทางโทรทัศน์ของนีล อาร์มสตรอง และบัซ อัลดรินจากพื้นผิวดวงจันทร์ในปี พ.ศ. 2512 ไม่ใช่แค่ชัยชนะทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคเท่านั้น คิดว่าพวกเขายังถือเป็นชัยชนะทางยุทธศาสตร์ในการรบในสงครามเย็นอีกด้วย

แต่หลังจากที่สหภาพโซเวียตล่มสลายและหลุดออกจากการแข่งขันเพื่อเป็นผู้นำโลก ฝ่ายตรงข้ามทางภูมิรัฐศาสตร์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสหรัฐอเมริกา ก็ไม่จำเป็นที่จะต้องดำเนินโครงการอวกาศอันทรงเกียรติแต่มีค่าใช้จ่ายสูงมากอีกต่อไป เพื่อพิสูจน์ให้คนทั้งโลกเห็นถึงความเหนือกว่าของเศรษฐกิจตะวันตก แนวคิดของระบบและอุดมการณ์
ในช่วงทศวรรษที่ 90 งานทางการเมืองหลักของปีที่ผ่านมาสูญเสียความเกี่ยวข้อง การเผชิญหน้าของกลุ่มถูกแทนที่ด้วยโลกาภิวัตน์ ลัทธิปฏิบัตินิยมได้รับชัยชนะในโลก ดังนั้นโครงการอวกาศส่วนใหญ่จึงถูกลดทอนหรือเลื่อนออกไป มีเพียง ISS เท่านั้นที่ยังคงเป็นมรดกจากโครงการขนาดใหญ่ของ ที่ผ่านมา. นอกจากนี้ ระบอบประชาธิปไตยแบบตะวันตกยังทำให้โครงการของรัฐบาลที่มีราคาแพงทั้งหมดขึ้นอยู่กับรอบการเลือกตั้งอีกด้วย
การสนับสนุนจากผู้มีสิทธิเลือกตั้งซึ่งจำเป็นต่อการได้รับหรือรักษาอำนาจ บังคับให้นักการเมือง รัฐสภา และรัฐบาลหันเข้าหาประชานิยมและแก้ไขปัญหาระยะสั้น ดังนั้น การใช้จ่ายในการสำรวจอวกาศจึงลดลงปีแล้วปีเล่า
การค้นพบพื้นฐานส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 และในปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้มาถึงขีดจำกัดแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น ความนิยมในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ลดลงทั่วโลก และคุณภาพของการสอนคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ และธรรมชาติอื่นๆ วิทยาศาสตร์เสื่อมโทรมลง นี่เป็นสาเหตุของความซบเซา รวมถึงในภาคอวกาศในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา
แต่ตอนนี้เห็นได้ชัดว่าโลกกำลังใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของวงจรเทคโนโลยีอื่นโดยอาศัยการค้นพบของศตวรรษที่ผ่านมา ดังนั้น อำนาจใด ๆ ที่จะมีเทคโนโลยีใหม่ที่มีแนวโน้มเป็นพื้นฐานในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างเทคโนโลยีระดับโลก จะทำให้มั่นใจในการเป็นผู้นำระดับโลกโดยอัตโนมัติเป็นเวลาอย่างน้อยห้าสิบปีข้างหน้า

การออกแบบพื้นฐานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีไฮโดรเจนเป็นของไหลทำงาน

สิ่งนี้เกิดขึ้นจริงทั้งในสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้กำหนดเส้นทางสำหรับการฟื้นฟูความยิ่งใหญ่ของอเมริกาในทุกด้านของกิจกรรม และในประเทศจีนซึ่งกำลังท้าทายอำนาจนำของอเมริกา และในสหภาพยุโรป ซึ่งพยายามอย่างสุดกำลังที่จะ รักษาน้ำหนักในเศรษฐกิจโลก
มีนโยบายอุตสาหกรรมอยู่ที่นั่นและพวกเขามีส่วนร่วมอย่างจริงจังในการพัฒนาศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ เทคนิค และการผลิตของตนเอง และทรงกลมอวกาศสามารถกลายเป็นพื้นที่ทดสอบที่ดีที่สุดสำหรับการทดสอบเทคโนโลยีใหม่ ๆ และสำหรับการพิสูจน์หรือหักล้างสมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถวางรากฐานได้ เพื่อสร้างสรรค์เทคโนโลยีแห่งอนาคตที่แตกต่างและก้าวล้ำยิ่งกว่าเดิม
และเป็นเรื่องปกติที่จะคาดหวังว่าสหรัฐฯ จะเป็นประเทศแรกที่โครงการสำรวจอวกาศห้วงลึกจะกลับมาดำเนินการอีกครั้ง เพื่อสร้างเทคโนโลยีนวัตกรรมที่มีเอกลักษณ์เฉพาะในด้านอาวุธ การขนส่ง และวัสดุโครงสร้าง ตลอดจนในด้านชีวการแพทย์และโทรคมนาคม
จริงอยู่แม้แต่สหรัฐอเมริกาก็ไม่รับประกันความสำเร็จในการสร้างเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการ มีความเสี่ยงสูงที่จะถึงทางตันเมื่อปรับปรุงเครื่องยนต์จรวดอายุครึ่งศตวรรษโดยใช้เชื้อเพลิงเคมี ดังเช่นที่ SpaceX ของ Elon Musk กำลังทำอยู่ หรือเมื่อสร้างระบบช่วยชีวิตสำหรับเที่ยวบินระยะไกลที่คล้ายกับที่ติดตั้งแล้วบนเครื่องบิน สถานีอวกาศนานาชาติ
รัสเซียซึ่งความซบเซาในภาคอวกาศเริ่มเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นทุกปี จะก้าวกระโดดในการแข่งขันเพื่อความเป็นผู้นำทางเทคโนโลยีในอนาคตเพื่อยังคงอยู่ในกลุ่มมหาอำนาจ และไม่อยู่ในรายชื่อประเทศกำลังพัฒนาได้หรือไม่?
ใช่ แน่นอนว่า รัสเซียสามารถทำได้ และยิ่งไปกว่านั้น ความก้าวหน้าที่เห็นได้ชัดเจนได้เกิดขึ้นแล้วในด้านพลังงานนิวเคลียร์และในเทคโนโลยีเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ แม้ว่าอุตสาหกรรมอวกาศจะมีเงินทุนไม่เพียงพออย่างเรื้อรังก็ตาม
อนาคตของอวกาศคือการใช้พลังงานนิวเคลียร์ เพื่อทำความเข้าใจว่าเทคโนโลยีนิวเคลียร์และอวกาศเชื่อมโยงกันอย่างไร จำเป็นต้องพิจารณาหลักการพื้นฐานของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น
ดังนั้นเครื่องยนต์อวกาศสมัยใหม่ประเภทหลักจึงถูกสร้างขึ้นตามหลักการของพลังงานเคมี สิ่งเหล่านี้คือเครื่องเร่งเชื้อเพลิงแข็งและเครื่องยนต์จรวดเหลว ในห้องเผาไหม้ส่วนประกอบของเชื้อเพลิง (เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์) จะเข้าสู่ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางกายภาพและเคมีแบบคายความร้อน ก่อตัวเป็นกระแสไอพ่นที่ขับสารจำนวนมากออกจากหัวฉีดของเครื่องยนต์ทุกๆ วินาที พลังงานจลน์ของของไหลในการทำงานของไอพ่นจะถูกแปลงเป็นแรงปฏิกิริยาที่เพียงพอที่จะขับเคลื่อนจรวด แรงกระตุ้นจำเพาะ (อัตราส่วนของแรงขับที่เกิดขึ้นต่อมวลของเชื้อเพลิงที่ใช้) ของเครื่องยนต์เคมีนั้นขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเชื้อเพลิง ความดันและอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ ตลอดจนน้ำหนักโมเลกุลของส่วนผสมของก๊าซที่ขับออกมาผ่าน หัวฉีดเครื่องยนต์
และยิ่งอุณหภูมิของสารและความดันภายในห้องเผาไหม้สูงขึ้น และมวลโมเลกุลของก๊าซยิ่งต่ำลง แรงกระตุ้นจำเพาะก็จะยิ่งสูงขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีขึ้นด้วย แรงกระตุ้นจำเพาะคือปริมาณของการเคลื่อนไหว และโดยปกติจะวัดเป็นเมตรต่อวินาที เช่นเดียวกับความเร็ว
ในเครื่องยนต์เคมี แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดได้มาจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงออกซิเจน-ไฮโดรเจน และฟลูออรีน-ไฮโดรเจน (4500–4700 ม./วินาที) แต่แรงกระตุ้นที่ได้รับความนิยมมากที่สุด (และสะดวกในการใช้งาน) ได้กลายเป็นเครื่องยนต์จรวดที่ทำงานด้วยน้ำมันก๊าดและออกซิเจนสำหรับ ตัวอย่างจรวดโซยุซและจรวดฟอลคอนของมัสค์ รวมถึงเครื่องยนต์ที่ใช้ไดเมทิลไฮดราซีน (UDMH) ที่ไม่สมมาตรพร้อมตัวออกซิไดเซอร์ในรูปของส่วนผสมของไนโตรเจนเทตรอกไซด์และกรดไนตริก (โปรตอนของโซเวียตและรัสเซีย, อาเรียนของฝรั่งเศส, อเมริกันไททัน) ประสิทธิภาพของพวกเขาต่ำกว่าเครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถึง 1.5 เท่า แต่แรงกระตุ้นที่ 3,000 เมตร/วินาที และกำลังก็เพียงพอที่จะทำให้มีผลกำไรเชิงเศรษฐกิจในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกจำนวนมากขึ้นสู่วงโคจรใกล้โลก
แต่การบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นต้องใช้ยานอวกาศที่มีขนาดใหญ่กว่าที่มนุษยชาติเคยสร้างมาก่อนหน้านี้ รวมถึง ISS แบบโมดูลาร์ด้วย ในเรือเหล่านี้จำเป็นต้องรับประกันการดำรงอยู่ของลูกเรือโดยอิสระในระยะยาวและการจ่ายเชื้อเพลิงและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์หลักและเครื่องยนต์สำหรับการซ้อมรบและการแก้ไขวงโคจรเพื่อจัดเตรียมการส่งมอบนักบินอวกาศในโมดูลลงจอดพิเศษ สู่พื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงอื่น และการกลับไปยังเรือขนส่งหลัก และจากนั้น และการกลับมาของคณะสำรวจสู่โลก
ความรู้ทางวิศวกรรมที่สั่งสมมาและพลังงานเคมีของเครื่องยนต์ทำให้สามารถกลับไปยังดวงจันทร์และไปถึงดาวอังคารได้ จึงมีความเป็นไปได้สูงที่มนุษยชาติจะได้ไปเยือนดาวเคราะห์สีแดงในทศวรรษหน้า
หากเราพึ่งพาเทคโนโลยีอวกาศที่มีอยู่เท่านั้น มวลขั้นต่ำของโมดูลที่อยู่อาศัยได้สำหรับการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวอังคารหรือไปยังดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์จะอยู่ที่ประมาณ 90 ตัน ซึ่งมากกว่าเรือดวงจันทร์ในต้นปี 1970 ถึง 3 เท่า ซึ่งหมายความว่ายานพาหนะสำหรับการปล่อยสู่วงโคจรอ้างอิงสำหรับการบินต่อไปยังดาวอังคารจะเหนือกว่าดาวเสาร์ 5 (น้ำหนักการเปิดตัว 2,965 ตัน) ของโครงการ Apollo Lunar หรือเรือบรรทุกโซเวียต Energia (น้ำหนักการเปิดตัว 2,400 ตัน) จำเป็นต้องสร้างคอมเพล็กซ์ระหว่างดาวเคราะห์ในวงโคจรที่มีน้ำหนักมากถึง 500 ตัน การบินบนเรือระหว่างดาวเคราะห์ด้วยเครื่องยนต์จรวดเคมีจะต้องใช้เวลา 8 เดือนถึง 1 ปีในทิศทางเดียวเท่านั้น เพราะคุณจะต้องทำการซ้อมรบด้วยแรงโน้มถ่วงโดยใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์และเชื้อเพลิงจำนวนมหาศาลเพื่อเร่งเรือเพิ่มเติม .
แต่การใช้พลังงานเคมีของเครื่องยนต์จรวดจะทำให้มนุษยชาติไม่สามารถบินไปไกลกว่าวงโคจรของดาวอังคารหรือดาวศุกร์ได้ เราต้องการยานอวกาศที่มีความเร็วในการบินที่แตกต่างกันและพลังการเคลื่อนที่อันทรงพลังอื่นๆ

การออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ Princeton Satellite Systems

ในการสำรวจห้วงอวกาศ จำเป็นต้องเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเพิ่มแรงกระตุ้นและอายุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง และในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่แก๊สหรือสารทำงานที่มีมวลอะตอมต่ำภายในห้องเครื่องยนต์ให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ทางเคมีของส่วนผสมเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมหลายเท่าและสามารถทำได้โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์
หากแทนที่จะวางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไว้ในเครื่องยนต์จรวดแทนที่จะเป็นห้องเผาไหม้แบบธรรมดาเข้าไปในโซนแอคทีฟซึ่งมีการจ่ายสารในรูปของเหลวหรือก๊าซจากนั้นจะเริ่มให้ความร้อนภายใต้แรงดันสูงสูงถึงหลายพันองศา จะถูกขับออกทางช่องหัวฉีดทำให้เกิดแรงขับเจ็ท แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ดังกล่าวจะมากกว่าเครื่องยนต์ธรรมดาที่มีส่วนประกอบทางเคมีหลายเท่า ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพของทั้งเครื่องยนต์เองและยานพาหนะที่ปล่อยโดยรวมจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ในกรณีนี้ ไม่จำเป็นต้องมีตัวออกซิไดเซอร์สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง และก๊าซไฮโดรเจนเบาสามารถใช้เป็นสารที่สร้างแรงขับเจ็ทได้ เรารู้ว่ายิ่งมวลโมเลกุลของก๊าซต่ำลง แรงกระตุ้นก็จะยิ่งสูงขึ้น และสิ่งนี้ก็จะยิ่งใหญ่มาก ลดมวลจรวดด้วยกำลังเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะดีขึ้น
เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะดีกว่าเครื่องยนต์ทั่วไป เนื่องจากในโซนเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซเบาสามารถให้ความร้อนได้ที่อุณหภูมิเกิน 9,000 องศาเคลวิน และไอพ่นของก๊าซร้อนยวดยิ่งดังกล่าวจะให้แรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงกว่ามากเกินกว่าที่เครื่องยนต์เคมีทั่วไปสามารถทำได้ . แต่นี่เป็นในทางทฤษฎี
อันตรายไม่ได้อยู่ที่ว่าเมื่อมีการปล่อยยานอวกาศที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ อาจเกิดการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีในบรรยากาศและพื้นที่รอบ ๆ แท่นปล่อยจรวด ปัญหาหลักคือที่อุณหภูมิสูงเครื่องยนต์เองรวมถึงยานอวกาศอาจเกิดขึ้นได้ ละลาย. นักออกแบบและวิศวกรเข้าใจเรื่องนี้และพยายามค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมมานานหลายทศวรรษ
เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) มีประวัติการสร้างและปฏิบัติการในอวกาศเป็นของตัวเองอยู่แล้ว การพัฒนาเครื่องยนต์นิวเคลียร์ครั้งแรกเริ่มขึ้นในกลางทศวรรษ 1950 นั่นคือก่อนที่มนุษย์จะบินขึ้นสู่อวกาศและเกือบจะพร้อมกันทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาและแนวคิดในการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อให้ความร้อนแก่การทำงาน สสารในเครื่องยนต์จรวดถือกำเนิดมาพร้อมกับอธิการบดีคนแรกในช่วงกลางทศวรรษที่ 40 นั่นคือเมื่อกว่า 70 กว่าปีที่แล้ว
ในประเทศของเราผู้ริเริ่มการสร้างแรงผลักดันนิวเคลียร์คือนักฟิสิกส์ความร้อน Vitaly Mikhailovich Ievlev ในปี 1947 เขานำเสนอโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจาก S. P. Korolev, I. V. Kurchatov และ M. V. Keldysh ในขั้นต้นมีแผนที่จะใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวสำหรับขีปนาวุธล่องเรือแล้วติดตั้งบนขีปนาวุธ การพัฒนาดำเนินการโดยสำนักงานออกแบบการป้องกันชั้นนำของสหภาพโซเวียต เช่นเดียวกับสถาบันวิจัย NIITP, CIAM, IAE, VNIINM
เครื่องยนต์นิวเคลียร์ของโซเวียต RD-0410 ถูกประกอบขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 60 ที่สำนักออกแบบ Voronezh Chemical Automatics ซึ่งเครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนใหญ่สำหรับเทคโนโลยีอวกาศถูกสร้างขึ้น
RD-0410 ใช้ไฮโดรเจนเป็นของไหลทำงาน ซึ่งอยู่ในรูปของเหลวผ่าน "แจ็คเก็ตทำความเย็น" เพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากผนังของหัวฉีดและป้องกันไม่ให้ละลาย จากนั้นจึงเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งได้รับความร้อนถึง 3000K และปล่อยออกมาผ่านหัวฉีดแบบช่อง ซึ่งแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานจลน์และสร้างแรงกระตุ้นจำเพาะที่ 9100 m/s
ในสหรัฐอเมริกา โครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์เปิดตัวในปี พ.ศ. 2495 และเครื่องยนต์ปฏิบัติการเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2509 และได้รับการตั้งชื่อว่า NERVA (เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานยานพาหนะจรวด) ในยุค 60 และ 70 สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาพยายามที่จะไม่ยอมแพ้ต่อกัน
จริงอยู่ ทั้ง RD-0410 ของเราและ NERVA ของอเมริกาเป็นเครื่องยนต์นิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ยูเรเนียมคาร์ไบด์อยู่ในสถานะของแข็งในเครื่องปฏิกรณ์) และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ในช่วง 2300–3100K
ในการเพิ่มอุณหภูมิของแกนกลางโดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิดหรือการละลายของผนังเครื่องปฏิกรณ์ จำเป็นต้องสร้างสภาวะปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าว ซึ่งเชื้อเพลิง (ยูเรเนียม) เปลี่ยนเป็นสถานะก๊าซหรือกลายเป็นพลาสมาและถูกกักไว้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ เนื่องจากสนามแม่เหล็กแรงสูงโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง จากนั้นไฮโดรเจนที่เข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์จะ “ไหลไปรอบๆ” ยูเรเนียมในสถานะแก๊ส และกลายเป็นพลาสมา จะถูกขับออกมาด้วยความเร็วสูงมากผ่านช่องหัวฉีด
เครื่องยนต์ประเภทนี้เรียกว่าเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบแก๊ส อุณหภูมิของเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่เป็นก๊าซในเครื่องยนต์นิวเคลียร์ดังกล่าวสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10,000 ถึง 20,000 องศาเคลวิน และแรงกระตุ้นจำเพาะสามารถสูงถึง 50,000 เมตร/วินาที ซึ่งสูงกว่าเครื่องยนต์จรวดเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 11 เท่า
การสร้างและการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบแก๊สเฟสแบบเปิดและปิดในเทคโนโลยีอวกาศเป็นทิศทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดอวกาศและเป็นสิ่งที่มนุษยชาติต้องการในการสำรวจดาวเคราะห์ของระบบสุริยะและดาวเทียมของพวกมัน
การวิจัยครั้งแรกเกี่ยวกับโครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ในระยะก๊าซเริ่มต้นในสหภาพโซเวียตในปี 2500 ที่สถาบันวิจัยกระบวนการทางความร้อน (ศูนย์วิจัยแห่งชาติตั้งชื่อตาม M. V. Keldysh) และการตัดสินใจพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแก๊ส ถูกสร้างขึ้นในปี 1963 โดยนักวิชาการ V. P. Glushko (NPO Energomash) จากนั้นได้รับการอนุมัติโดยมติของคณะกรรมการกลาง CPSU และคณะรัฐมนตรีของสหภาพโซเวียต
การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบใช้แก๊สได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียตเป็นเวลาสองทศวรรษ แต่น่าเสียดายที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์เนื่องจากมีเงินทุนไม่เพียงพอและความจำเป็นในการวิจัยพื้นฐานเพิ่มเติมในสาขาอุณหพลศาสตร์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และพลาสมาไฮโดรเจน ฟิสิกส์นิวตรอนและแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์
นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์และวิศวกรออกแบบของสหภาพโซเวียตเผชิญกับปัญหาหลายประการ เช่น การบรรลุภาวะวิกฤติและการรับรองเสถียรภาพของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซ การลดการสูญเสียยูเรเนียมหลอมเหลวในระหว่างการปล่อยไฮโดรเจนที่ถูกทำให้ร้อนถึงหลายพันองศา การป้องกันความร้อน ของหัวฉีดและเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็ก และการสะสมของผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียม การเลือกวัสดุก่อสร้างที่ทนทานต่อสารเคมี ฯลฯ
และเมื่อยานพาหนะส่งพลังงาน Energia เริ่มถูกสร้างขึ้นสำหรับโครงการ Mars-94 ของโซเวียตสำหรับการบินครั้งแรกสู่ดาวอังคาร โครงการเครื่องยนต์นิวเคลียร์ก็ถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด สหภาพโซเวียตไม่มีเวลาเพียงพอ และที่สำคัญที่สุดคือความตั้งใจทางการเมืองและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจในการลงจอดนักบินอวกาศของเราบนดาวอังคารในปี 1994 นี่จะเป็นความสำเร็จที่ปฏิเสธไม่ได้และเป็นข้อพิสูจน์ถึงความเป็นผู้นำของเราในด้านเทคโนโลยีขั้นสูงในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า แต่อวกาศก็เหมือนกับสิ่งอื่น ๆ อีกมากมายที่ถูกทรยศโดยผู้นำคนสุดท้ายของสหภาพโซเวียต ประวัติศาสตร์ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่จากไปแล้วไม่สามารถนำกลับคืนมาได้ และความรู้ที่สูญหายไปไม่สามารถฟื้นฟูได้ จะต้องสร้างขึ้นใหม่มากมาย
แต่พลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศไม่ได้จำกัดอยู่เพียงทรงกลมของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในสถานะของแข็งและก๊าซเท่านั้น พลังงานไฟฟ้าสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างกระแสความร้อนของสสารในเครื่องยนต์ไอพ่นได้ แนวคิดนี้แสดงออกมาครั้งแรกโดย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ย้อนกลับไปในปี 1903 ในงานของเขา "การสำรวจอวกาศโลกโดยใช้เครื่องมือไอพ่น"
และเครื่องยนต์จรวดความร้อนไฟฟ้าเครื่องแรกในสหภาพโซเวียตถูกสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดย Valentin Petrovich Glushko นักวิชาการในอนาคตของ USSR Academy of Sciences และหัวหน้า NPO Energia
หลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าอาจแตกต่างกัน โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:

• ไฟฟ้า (ความร้อนหรืออาร์คไฟฟ้า) ในนั้นก๊าซจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิ 1,000–5,000K และถูกขับออกจากหัวฉีดในลักษณะเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์
• เครื่องยนต์ไฟฟ้าสถิต (คอลลอยด์และไอออนิก) ซึ่งสารทำงานจะถูกแตกตัวเป็นไอออนก่อนจากนั้นไอออนบวก (อะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอน) จะถูกเร่งในสนามไฟฟ้าสถิตและถูกดีดออกมาผ่านช่องหัวฉีดด้วยทำให้เกิดแรงขับของไอพ่น เครื่องยนต์ไฟฟ้าสถิตยังรวมถึงเครื่องยนต์พลาสมาที่อยู่นิ่งด้วย
• เครื่องยนต์จรวดแมกนีโตพลาสมาและแมกนีโทไดนามิก ที่นั่น พลาสมาของแก๊สจะถูกเร่งขึ้นเนื่องจากแรงแอมแปร์ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าตัดกันในแนวตั้งฉาก
• เครื่องยนต์จรวดพัลส์ซึ่งใช้พลังงานของก๊าซที่เกิดจากการระเหยของของไหลทำงานในการคายประจุไฟฟ้า

ข้อดีของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าเหล่านี้คือการสิ้นเปลืองของเหลวในการทำงานต่ำ ประสิทธิภาพสูงสุดถึง 60% และความเร็วการไหลของอนุภาคสูง ซึ่งสามารถลดมวลของยานอวกาศได้อย่างมาก แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน - ความหนาแน่นของแรงขับต่ำ ดังนั้น พลังงานต่ำรวมถึงต้นทุนสูงของของไหลทำงาน (ก๊าซเฉื่อยหรือไอของโลหะอัลคาไล) เพื่อสร้างพลาสมา
มอเตอร์ไฟฟ้าที่ระบุไว้ทั้งหมดได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติและมีการใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีกในอวกาศบนยานอวกาศทั้งโซเวียตและอเมริกาตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 60 แต่เนื่องจากพลังงานต่ำ จึงถูกใช้เป็นเครื่องยนต์แก้ไขวงโคจรเป็นหลัก
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2511 ถึง พ.ศ. 2531 สหภาพโซเวียตได้เปิดตัวดาวเทียมคอสมอสทั้งชุดพร้อมการติดตั้งนิวเคลียร์บนเรือ ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์มีชื่อว่า: "Buk", "Topaz" และ "Yenisei"
เครื่องปฏิกรณ์ของโครงการ Yenisei มีพลังงานความร้อนสูงถึง 135 กิโลวัตต์ และพลังงานไฟฟ้าประมาณ 5 กิโลวัตต์ สารหล่อเย็นคือโซเดียม-โพแทสเซียมละลาย โครงการนี้ปิดตัวลงในปี พ.ศ. 2539
มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนจริงต้องใช้แหล่งพลังงานที่ทรงพลังมาก และแหล่งพลังงานที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องยนต์อวกาศก็คือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์เป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูงซึ่งประเทศของเรายังคงเป็นผู้นำ และมีการสร้างเครื่องยนต์จรวดพื้นฐานใหม่ในรัสเซียแล้ว และโครงการนี้ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2561 การทดสอบการบินมีกำหนดในปี 2020
และหากการขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นหัวข้อในทศวรรษต่อๆ ไป ซึ่งจะต้องกลับมาดูอีกครั้งหลังจากการวิจัยขั้นพื้นฐาน ทางเลือกในปัจจุบันก็คือระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ (NPPU) ระดับเมกะวัตต์ และได้ถูกสร้างขึ้นโดย Rosatom และ บริษัท Roscosmos ตั้งแต่ปี 2552
NPO Krasnaya Zvezda ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้พัฒนาและผู้ผลิตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อวกาศเพียงรายเดียวของโลก รวมถึงศูนย์วิจัยที่ตั้งชื่อตาม A. M.V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala สถาบันวิจัย NPO "Luch", "สถาบัน Kurchatov", IRM, IPPE, RIAR และ NPO Mashinostroeniya
ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็วระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงพร้อมระบบเทอร์โบแมชชีนสำหรับแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า, ระบบตัวปล่อยตู้เย็นเพื่อกำจัดความร้อนส่วนเกินออกสู่อวกาศ, ช่องเครื่องมือวัด, บล็อกค้ำจุน มอเตอร์ไฟฟ้าพลาสม่าหรือไอออน และภาชนะสำหรับรองรับน้ำหนักบรรทุก
ในระบบขับเคลื่อนกำลัง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์พลาสมาไฟฟ้า ในขณะที่สารหล่อเย็นก๊าซของเครื่องปฏิกรณ์ที่ผ่านแกนกลางจะเข้าสู่กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและคอมเพรสเซอร์ และส่งคืนกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ใน เป็นแบบวงปิด และไม่ถูกโยนขึ้นสู่อวกาศเหมือนกับในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ ซึ่งทำให้การออกแบบมีความน่าเชื่อถือและปลอดภัยมากขึ้น จึงเหมาะสำหรับการบินในอวกาศที่มีคนขับ
มีการวางแผนว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกใช้สำหรับลากจูงอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการขนส่งสินค้าระหว่างการสำรวจดวงจันทร์หรือการสร้างวงโคจรเชิงซ้อนอเนกประสงค์ ข้อได้เปรียบจะไม่เพียงแต่การใช้ซ้ำองค์ประกอบของระบบขนส่ง (ซึ่ง Elon Musk พยายามบรรลุในโครงการอวกาศ SpaceX ของเขา) แต่ยังรวมถึงความสามารถในการขนส่งสินค้ามากกว่าสามเท่าบนจรวดด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นเคมีที่มีกำลังเทียบเท่ากัน โดยการลดมวลการปล่อยตัวของระบบขนส่ง การออกแบบการติดตั้งแบบพิเศษทำให้ปลอดภัยต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อมบนโลก
ในปี 2014 องค์ประกอบเชื้อเพลิงการออกแบบมาตรฐาน (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) สำหรับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ได้ถูกประกอบขึ้นที่ JSC Mashinostroitelny Zavod ใน Elektrostal และในปี 2016 ได้ทำการทดสอบเครื่องจำลองตะกร้าแกนเครื่องปฏิกรณ์
ขณะนี้ (ในปี 2560) งานกำลังดำเนินการเกี่ยวกับการผลิตองค์ประกอบโครงสร้างของการติดตั้งและการทดสอบส่วนประกอบและชุดประกอบบนแบบจำลอง รวมถึงการทดสอบระบบการแปลงพลังงานเทอร์โบแมชชีนและหน่วยกำลังต้นแบบโดยอัตโนมัติ งานเสร็จมีกำหนดสิ้นปี 2561 ปีหน้า แต่ตั้งแต่ปี 2558 งานในมือเริ่มสะสม
ดังนั้นทันทีที่มีการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งนี้ รัสเซียจะกลายเป็นประเทศแรกในโลกที่มีเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ ซึ่งจะเป็นพื้นฐานไม่เพียงแต่สำหรับโครงการในอนาคตสำหรับการสำรวจระบบสุริยะเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงพลังงานภาคพื้นดินและนอกโลกด้วย . โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อวกาศสามารถใช้เพื่อสร้างระบบสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกลไปยังโลกหรือไปยังโมดูลอวกาศโดยใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และนี่ก็จะกลายเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งอนาคตที่ประเทศเราจะเป็นผู้นำ
จากการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าพลาสมา ระบบขับเคลื่อนอันทรงพลังจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการบินของมนุษย์ในระยะไกลสู่อวกาศ และประการแรกคือ สำหรับการสำรวจดาวอังคาร ซึ่งสามารถไปถึงวงโคจรได้ในเวลาเพียง 1.5 เดือน และไม่ใช่ใน มากกว่าหนึ่งปีเหมือนกับเมื่อใช้เครื่องยนต์ไอพ่นเคมีทั่วไป
และอนาคตจะเริ่มต้นด้วยการปฏิวัติพลังงานเสมอ และไม่มีอะไรอื่น พลังงานถือเป็นพลังงานหลักและเป็นปริมาณการใช้พลังงานที่ส่งผลต่อความก้าวหน้าทางเทคนิค ความสามารถในการป้องกัน และคุณภาพชีวิตของผู้คน

เครื่องยนต์จรวดพลาสมาทดลองของ NASA

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวโซเวียต Nikolai Kardashev เสนอระดับการพัฒนาอารยธรรมย้อนกลับไปในปี 1964 ตามระดับนี้ ระดับการพัฒนาทางเทคโนโลยีของอารยธรรมขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ประชากรโลกใช้เพื่อความต้องการ ดังนั้นอารยธรรมประเภทที่ 1 จึงใช้ทรัพยากรทั้งหมดที่มีอยู่บนโลก อารยธรรม Type II - รับพลังงานของดาวฤกษ์ซึ่งมีระบบตั้งอยู่ และอารยธรรมประเภทที่ 3 ใช้พลังงานที่มีอยู่จากกาแลคซีของมัน มนุษยชาติยังไม่สุกงอมพอที่จะมีอารยธรรมประเภท 1 ในระดับนี้ เราใช้เพียง 0.16% ของพลังงานสำรองที่มีศักยภาพทั้งหมดของโลก ซึ่งหมายความว่ารัสเซียและทั่วโลกมีพื้นที่ที่จะเติบโต และเทคโนโลยีนิวเคลียร์เหล่านี้จะเปิดทางให้ประเทศของเราไม่เพียงแต่ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเจริญรุ่งเรืองทางเศรษฐกิจในอนาคตด้วย
และบางที ทางเลือกเดียวสำหรับรัสเซียในแวดวงวิทยาศาสตร์และเทคนิคคือการสร้างความก้าวหน้าทางการปฏิวัติในเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ เพื่อเอาชนะความล่าช้าหลายปีตามหลังผู้นำในการ "ก้าวกระโดด" เพียงครั้งเดียว และมุ่งตรงไปที่ต้นกำเนิดของ การปฏิวัติทางเทคโนโลยีใหม่ในวัฏจักรต่อไปของการพัฒนาอารยธรรมมนุษย์ โอกาสพิเศษเช่นนี้ตกอยู่กับประเทศใดประเทศหนึ่งเพียงครั้งเดียวทุกๆ สองสามศตวรรษ
น่าเสียดายที่รัสเซียซึ่งไม่ได้ให้ความสำคัญกับวิทยาศาสตร์พื้นฐานและคุณภาพการศึกษาระดับอุดมศึกษาและมัธยมศึกษาไม่เพียงพอในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา อาจเสี่ยงที่จะสูญเสียโอกาสนี้ไปตลอดกาลหากโครงการนี้ถูกตัดทอนลงและนักวิจัยรุ่นใหม่ไม่สามารถเข้ามาแทนที่นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันและ วิศวกร ความท้าทายทางภูมิรัฐศาสตร์และเทคโนโลยีที่รัสเซียจะเผชิญในอีก 10-12 ปีข้างหน้าจะรุนแรงมาก เทียบได้กับภัยคุกคามในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เพื่อรักษาอธิปไตยและบูรณภาพของรัสเซียในอนาคต จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องเริ่มฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่สามารถตอบสนองต่อความท้าทายเหล่านี้และสร้างสิ่งใหม่ที่เป็นพื้นฐาน
มีเวลาเพียงประมาณ 10 ปีในการเปลี่ยนรัสเซียให้กลายเป็นศูนย์กลางทางปัญญาและเทคโนโลยีระดับโลก และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นไม่ได้หากปราศจากการเปลี่ยนแปลงคุณภาพการศึกษาอย่างจริงจัง สำหรับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จำเป็นต้องกลับไปสู่ระบบการศึกษา (ทั้งโรงเรียนและมหาวิทยาลัย) มุมมองที่เป็นระบบเกี่ยวกับภาพโลก พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ และความสมบูรณ์ทางอุดมการณ์
ในส่วนของความซบเซาในอุตสาหกรรมอวกาศในปัจจุบัน เรื่องนี้ไม่ได้น่ากลัวแต่อย่างใด หลักการทางกายภาพซึ่งใช้เทคโนโลยีอวกาศสมัยใหม่จะเป็นที่ต้องการมาเป็นเวลานานในภาคบริการดาวเทียมทั่วไป ขอให้เราจำไว้ว่ามนุษยชาติใช้ใบเรือมาเป็นเวลา 5.5 พันปี และยุคของไอน้ำกินเวลาเกือบ 200 ปี และเฉพาะในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่โลกเริ่มเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งทำให้เกิดคลื่นแห่ง นวัตกรรมและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเทคโนโลยีซึ่งท้ายที่สุดก็เปลี่ยนแปลงทั้งเศรษฐกิจโลกและการเมือง สิ่งสำคัญคือการอยู่ที่ต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้

บ่อยครั้งในสิ่งพิมพ์เพื่อการศึกษาทั่วไปเกี่ยวกับอวกาศ ความแตกต่างระหว่างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) และระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของจรวดนิวเคลียร์ (NRE) ไม่ได้ถูกแยกแยะออก อย่างไรก็ตาม คำย่อเหล่านี้ไม่เพียงแต่ซ่อนความแตกต่างในหลักการของการแปลงพลังงานนิวเคลียร์เป็นแรงขับของจรวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประวัติศาสตร์ที่น่าทึ่งของการพัฒนาอวกาศอีกด้วย

ละครแห่งประวัติศาสตร์อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหากการวิจัยเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์และการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกหยุดด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจเป็นหลัก ยังคงดำเนินต่อไป เที่ยวบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคารคงกลายเป็นเรื่องปกติไปนานแล้ว

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยเครื่องบินบรรยากาศที่มีเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ท

นักออกแบบในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตพิจารณาการติดตั้งนิวเคลียร์แบบ "หายใจ" ที่สามารถดึงอากาศภายนอกและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิมหาศาล อาจเป็นไปได้ว่าหลักการของการสร้างแรงขับนี้ถูกยืมมาจากเครื่องยนต์ ramjet แต่ใช้พลังงานฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียมไดออกไซด์ 235 แทนเชื้อเพลิงจรวด

ในสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโต ชาวอเมริกันสามารถสร้างต้นแบบเครื่องยนต์ใหม่ได้สองแบบคือ Tory-IIA และ Tory-IIC ซึ่งแม้แต่ขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยซ้ำ กำลังการผลิตติดตั้งควรจะเป็น 600 เมกะวัตต์

เครื่องยนต์ที่พัฒนาขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโตได้รับการวางแผนที่จะติดตั้งบนขีปนาวุธล่องเรือ ซึ่งในปี 1950 ถูกสร้างขึ้นภายใต้ชื่อ SLAM (ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง, ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง)

สหรัฐฯ วางแผนสร้างจรวดยาว 26.8 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เมตร และหนัก 28 ตัน ตัวจรวดควรจะมีหัวรบนิวเคลียร์ เช่นเดียวกับระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีความยาว 1.6 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 เมตร เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดอื่นๆ การติดตั้งดูกะทัดรัดมาก ซึ่งอธิบายหลักการทำงานแบบไหลตรงได้

นักพัฒนาเชื่อว่าต้องขอบคุณเครื่องยนต์นิวเคลียร์ ระยะการบินของขีปนาวุธสแลมจะอยู่ที่อย่างน้อย 182,000 กิโลเมตร

ในปี พ.ศ. 2507 กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ได้ปิดโครงการนี้ เหตุผลอย่างเป็นทางการคือในระหว่างการบิน ขีปนาวุธร่อนที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ก่อให้เกิดมลพิษต่อทุกสิ่งรอบตัวมากเกินไป แต่ในความเป็นจริง เหตุผลก็คือต้นทุนที่สำคัญในการบำรุงรักษาจรวดดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถึงเวลานั้น จรวดมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งการบำรุงรักษามีราคาถูกกว่ามาก

สหภาพโซเวียตยังคงยึดมั่นในแนวคิดในการสร้างการออกแบบ ramjet สำหรับเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์นานกว่าสหรัฐอเมริกามากโดยปิดโครงการในปี 1985 เท่านั้น แต่ผลลัพธ์กลับกลายเป็นสิ่งที่สำคัญกว่ามาก ดังนั้นเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ตัวแรกและตัวเดียวของโซเวียตจึงได้รับการพัฒนาที่สำนักออกแบบ Khimavtomatika, Voronezh นี่คือ RD-0410 (ดัชนี GRAU - 11B91 หรือที่เรียกว่า “Irbit” และ “IR-100”)

RD-0410 ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนต่างกัน ตัวหน่วงคือเซอร์โคเนียมไฮไดรด์ ตัวสะท้อนนิวตรอนทำจากเบริลเลียม เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นวัสดุที่มียูเรเนียมและทังสเตนคาร์ไบด์เป็นหลัก โดยมีการเสริมสมรรถนะประมาณ 80% ในไอโซโทป 235

การออกแบบประกอบด้วยชุดเชื้อเพลิง 37 ชุด หุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนที่แยกออกจากตัวหน่วง การออกแบบโดยให้การไหลของไฮโดรเจนไหลผ่านตัวสะท้อนแสงและตัวหน่วงเวลาก่อน โดยคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงเข้าสู่แกนกลาง ซึ่งจะทำให้ชุดเชื้อเพลิงเย็นลง โดยให้ความร้อนสูงถึง 3100 เคลวิน ที่ขาตั้ง ตัวสะท้อนแสงและตัวควบคุมอยู่ที่ ระบายความร้อนด้วยการไหลของไฮโดรเจนที่แยกจากกัน

เครื่องปฏิกรณ์ต้องผ่านการทดสอบที่สำคัญหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับการทดสอบเลยตลอดระยะเวลาการทำงานเต็มรูปแบบ อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบเครื่องปฏิกรณ์ภายนอกหมดเกลี้ยงแล้ว

ลักษณะทางเทคนิคของ RD 0410

แรงขับในโมฆะ: 3.59 tf (35.2 kN)
พลังงานความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์: 196 เมกะวัตต์
แรงกระตุ้นเฉพาะในสุญญากาศ: 910 kgf·s/kg (8927 m/s)
จำนวนการเริ่มต้น: 10
ทรัพยากรการทำงาน: 1 ชั่วโมง
ส่วนประกอบเชื้อเพลิง: สารทำงาน - ไฮโดรเจนเหลว, สารเสริม - เฮปเทน
น้ำหนักป้องกันรังสี : 2 ตัน
ขนาดเครื่องยนต์ สูง 3.5 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.6 ม.

ขนาดและน้ำหนักโดยรวมค่อนข้างเล็ก อุณหภูมิสูงของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (3100 K) พร้อมระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพพร้อมการไหลของไฮโดรเจนบ่งชี้ว่า RD0410 นั้นเป็นต้นแบบที่เกือบจะสมบูรณ์แบบของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับขีปนาวุธล่องเรือสมัยใหม่ และเมื่อคำนึงถึงเทคโนโลยีสมัยใหม่ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่หยุดตัวเองได้ การเพิ่มทรัพยากรจากหนึ่งชั่วโมงเป็นหลายชั่วโมงถือเป็นงานที่แท้จริง

การออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) เป็นเครื่องยนต์ไอพ่นซึ่งพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียร์หรือปฏิกิริยาฟิวชันจะทำให้ของไหลทำงานร้อน (ส่วนใหญ่มักเป็นไฮโดรเจนหรือแอมโมเนีย)

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์มีสามประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์:

• เฟสของแข็ง
• เฟสของเหลว
• เฟสแก๊ส

สิ่งที่สมบูรณ์ที่สุดคือเครื่องยนต์รุ่นโซลิดเฟส รูปนี้แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่ง่ายที่สุดพร้อมเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็ง สารทำงานอยู่ในถังภายนอก เมื่อใช้ปั๊มจะถูกส่งไปยังห้องเครื่องยนต์ ในห้องนั้น สารทำงานจะถูกพ่นโดยใช้หัวฉีดและสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง เมื่อถูกความร้อนจะขยายตัวและบินออกจากห้องผ่านหัวฉีดด้วยความเร็วสูง

ในเครื่องยนต์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้เฟสก๊าซ เชื้อเพลิง (เช่น ยูเรเนียม) และของไหลทำงานจะอยู่ในสถานะก๊าซ (ในรูปของพลาสมา) และถูกกักไว้ในพื้นที่ทำงานโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า พลาสมายูเรเนียมที่ถูกให้ความร้อนถึงหมื่นองศาจะถ่ายเทความร้อนไปยังของไหลทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) ซึ่งในทางกลับกัน เมื่อถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะก่อให้เกิดกระแสเจ็ตสตรีม

ขึ้นอยู่กับประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเครื่องยนต์จรวดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัส และเครื่องยนต์นิวเคลียร์เอง (ใช้พลังงานของการแยกตัวของนิวเคลียร์)

ตัวเลือกที่น่าสนใจก็คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่ง - เสนอให้ใช้ประจุนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงาน (เชื้อเพลิง) การติดตั้งดังกล่าวอาจเป็นได้ทั้งภายในและภายนอก

ข้อดีหลักของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์คือ:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง
• พลังงานสำรองที่สำคัญ
• ความกะทัดรัดของระบบขับเคลื่อน
• ความเป็นไปได้ที่จะได้รับแรงผลักดันที่สูงมาก - นับสิบแสนตันในสุญญากาศ

ข้อเสียเปรียบหลักคืออันตรายจากรังสีสูงของระบบขับเคลื่อน:

• ฟลักซ์ของรังสีทะลุทะลวง (รังสีแกมมา นิวตรอน) ระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์
• การกำจัดสารประกอบกัมมันตรังสีสูงของยูเรเนียมและโลหะผสม
• การรั่วไหลของก๊าซกัมมันตภาพรังสีพร้อมกับของไหลทำงาน

ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์

เมื่อพิจารณาว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากสิ่งพิมพ์ต่างๆ รวมถึงจากบทความทางวิทยาศาสตร์ หลักการทำงานของการติดตั้งดังกล่าวจึงควรพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างของวัสดุสิทธิบัตรแบบเปิด แม้ว่าจะมีความรู้ความชำนาญก็ตาม

ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียง Anatoly Sazonovich Koroteev ผู้เขียนสิ่งประดิษฐ์ภายใต้สิทธิบัตรนี้ ได้มอบโซลูชันทางเทคนิคสำหรับองค์ประกอบของอุปกรณ์สำหรับ YARDU สมัยใหม่ ด้านล่างนี้ฉันนำเสนอส่วนหนึ่งของเอกสารสิทธิบัตรดังกล่าวทุกคำและไม่มีความคิดเห็น

สาระสำคัญของโซลูชันทางเทคนิคที่นำเสนอนั้นแสดงไว้ในแผนภาพที่แสดงในภาพวาด ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ทำงานในโหมดขับเคลื่อน-พลังงานประกอบด้วยระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า (EPS) (แผนภาพตัวอย่างแสดงเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า 2 เครื่อง 1 และ 2 พร้อมระบบป้อนที่สอดคล้องกัน 3 และ 4) การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 กังหัน 6 คอมเพรสเซอร์ 7, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องพักฟื้น 9, ท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10, ตู้เย็น - หม้อน้ำ 11 ในกรณีนี้กังหัน 6, คอมเพรสเซอร์ 7 และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 จะรวมกันเป็นหน่วยเดียว - คอมเพรสเซอร์เทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ หน่วยขับเคลื่อนนิวเคลียร์ติดตั้งท่อ 12 ของของไหลทำงานและสายไฟฟ้า 13 เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 และหน่วยขับเคลื่อนไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 มีสิ่งที่เรียกว่าอินพุตของไหลทำงานอุณหภูมิสูง 14 และอุณหภูมิต่ำ 15 เช่นเดียวกับเอาต์พุตของไหลทำงานอุณหภูมิสูง 16 และอุณหภูมิต่ำ 17

เอาต์พุตของหน่วยเครื่องปฏิกรณ์ 5 เชื่อมต่อกับอินพุตของกังหัน 6 เอาต์พุตของกังหัน 6 เชื่อมต่อกับอินพุตอุณหภูมิสูง 14 ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 เอาต์พุตอุณหภูมิต่ำ 15 ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 เชื่อมต่อกับทางเข้าท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10 ท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10 มีเอาต์พุต 2 ช่อง หนึ่งในนั้น (ผ่านสารทำงาน "ร้อน") เชื่อมต่อกับตู้เย็นหม้อน้ำ 11 และอีกช่องหนึ่ง ( ผ่านสารทำงาน "เย็น") เชื่อมต่อกับอินพุตของคอมเพรสเซอร์ 7. เอาต์พุตของตู้เย็นหม้อน้ำ 11 ยังเชื่อมต่อกับอินพุตของคอมเพรสเซอร์ 7. เอาต์พุตของคอมเพรสเซอร์ 7 เชื่อมต่อกับอินพุตอุณหภูมิต่ำ 15 เข้ากับ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องกู้คืนความร้อน 9. เอาต์พุตอุณหภูมิสูง 16 ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องกู้คืนความร้อน 9 เชื่อมต่อกับอินพุตไปยังการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 ดังนั้นองค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงเชื่อมต่อถึงกันด้วยวงจรเดียวของของไหลทำงาน .

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานดังนี้ สารทำงานที่ให้ความร้อนในการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 จะถูกส่งไปยังกังหัน 6 ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของคอมเพรสเซอร์ 7 และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 ของเทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ - คอมเพรสเซอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 สร้างพลังงานไฟฟ้าซึ่งส่งผ่านสายไฟฟ้า 13 ไปยังเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า 1 และ 2 และระบบจ่ายไฟ 3 และ 4 เพื่อให้มั่นใจในการทำงาน หลังจากออกจากกังหัน 6 แล้วสารทำงานจะถูกส่งผ่านทางเข้าอุณหภูมิสูง 14 ไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวพักฟื้น 9 ซึ่งสารทำงานจะถูกระบายความร้อนบางส่วน

จากนั้น จากช่องจ่ายอุณหภูมิต่ำ 17 ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 สารทำงานจะถูกส่งตรงไปยังท่อน้ำวน Ranque-Hilsch 10 ซึ่งภายในนั้นการไหลของของไหลทำงานจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนประกอบ "ร้อน" และ "เย็น" จากนั้นส่วน "ร้อน" ของสารทำงานจะถูกส่งไปยังตัวปล่อยตู้เย็น 11 ซึ่งสารทำงานส่วนนี้จะถูกระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ส่วน "เย็น" ของสารทำงานจะไปที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ 7 และหลังจากการทำความเย็นแล้วส่วนของสารทำงานที่ออกจากตู้เย็นที่แผ่รังสี 11 ก็ตามมาด้วย

คอมเพรสเซอร์ 7 จ่ายสารทำงานที่ระบายความร้อนให้กับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 ผ่านทางทางเข้าอุณหภูมิต่ำ 15 สารทำงานที่ระบายความร้อนนี้ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 ให้การระบายความร้อนบางส่วนของการไหลสวนกลับของของไหลทำงานที่เข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 จากกังหัน 6 ผ่านทางเข้าอุณหภูมิสูง 14 ถัดไปของเหลวทำงานที่ให้ความร้อนบางส่วน (เนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับการไหลย้อนของของไหลทำงานจากกังหัน 6) จากตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวพักฟื้น 9 ผ่านอุณหภูมิสูง ทางออก 16 เข้าสู่การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 อีกครั้ง วงจรซ้ำอีกครั้ง

ดังนั้น สารทำงานชนิดเดียวที่อยู่ในวงปิดทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานอย่างต่อเนื่องของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และการใช้ท่อน้ำวน Ranque-Hilsch เป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามโซลูชันทางเทคนิคที่กล่าวอ้างไว้ ช่วยปรับปรุงลักษณะน้ำหนักและขนาด ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เพิ่มความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ และทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปได้

ลิงค์:

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์คือเครื่องยนต์จรวดที่มีหลักการทำงานขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือการสลายกัมมันตภาพรังสี ซึ่งปล่อยพลังงานที่ทำให้ของไหลทำงานร้อนขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาหรือสารอื่นบางอย่าง เช่น ไฮโดรเจน เครื่องยนต์จรวดมีหลายประเภทที่ใช้หลักการทำงานที่อธิบายไว้ข้างต้น: นิวเคลียร์, ไอโซโทปรังสี, เทอร์โมนิวเคลียร์ การใช้เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เป็นไปได้ที่จะได้รับค่าแรงกระตุ้นจำเพาะสูงกว่าค่าที่สามารถทำได้โดยเครื่องยนต์จรวดเคมีอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสูงของแรงกระตุ้นจำเพาะอธิบายได้ด้วยความเร็วสูงของการไหลออกของของไหลทำงาน - ประมาณ 8-50 กม./วินาที แรงขับของเครื่องยนต์นิวเคลียร์เทียบได้กับแรงขับของเครื่องยนต์เคมี ซึ่งจะทำให้ในอนาคตสามารถแทนที่เครื่องยนต์เคมีทั้งหมดด้วยพลังงานนิวเคลียร์ได้

อุปสรรคสำคัญในการทดแทนให้สมบูรณ์คือมลพิษทางกัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

แบ่งออกเป็นสองประเภท - เฟสของแข็งและเฟสก๊าซ ในเครื่องยนต์ประเภทแรก วัสดุฟิสไซล์จะถูกวางในชุดประกอบก้านที่มีพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว ทำให้สามารถให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานที่เป็นก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งโดยปกติแล้วไฮโดรเจนจะทำหน้าที่เป็นของเหลวทำงาน ความเร็วไอเสียถูกจำกัดโดยอุณหภูมิสูงสุดของของไหลทำงานซึ่งในทางกลับกันจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตขององค์ประกอบโครงสร้างโดยตรงและจะต้องไม่เกิน 3,000 K ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบแก๊สเฟสสารฟิสไซล์ อยู่ในสถานะก๊าซ การเก็บรักษาในพื้นที่ทำงานนั้นดำเนินการผ่านอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ประเภทนี้ องค์ประกอบโครงสร้างไม่ใช่ปัจจัยจำกัด ดังนั้นความเร็วไอเสียของของไหลทำงานอาจเกิน 30 กม./วินาที สามารถใช้เป็นเครื่องยนต์ขั้นแรกได้ แม้ว่าจะมีการรั่วไหลของวัสดุฟิสไซล์ก็ตาม

ในยุค 70 ศตวรรษที่ XX ในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต มีการทดสอบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่มีสสารฟิสไซล์ในระยะของแข็ง ในสหรัฐอเมริกา มีการพัฒนาโปรแกรมเพื่อสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ทดลองโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ NERVA

ชาวอเมริกันพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์ซึ่งระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลว ซึ่งถูกให้ความร้อน ระเหย และดีดออกผ่านหัวฉีดจรวด การเลือกใช้กราไฟท์เกิดจากการทนต่ออุณหภูมิ ตามโครงการนี้ แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ที่ได้ควรจะสูงเป็นสองเท่าของลักษณะรูปร่างที่สอดคล้องกันของเครื่องยนต์เคมี โดยมีแรงขับ 1100 กิโลนิวตัน เครื่องปฏิกรณ์ Nerva ควรจะทำงานเป็นส่วนหนึ่งของระยะที่ 3 ของยานส่งจรวด Saturn V แต่เนื่องจากการปิดโปรแกรมบนดวงจันทร์และการขาดงานอื่นๆ สำหรับเครื่องยนต์จรวดในระดับนี้ เครื่องปฏิกรณ์จึงไม่เคยได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติ

ปัจจุบันเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาทางทฤษฎี เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเกี่ยวข้องกับการใช้พลูโทเนียมซึ่งมีกระแสก๊าซที่เคลื่อนที่ช้าล้อมรอบด้วยไฮโดรเจนที่เย็นตัวเร็วขึ้น การทดลองได้ดำเนินการที่สถานีอวกาศวงโคจร MIR และ ISS ซึ่งสามารถเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซได้ต่อไป

วันนี้เราสามารถพูดได้ว่ารัสเซียได้ "แช่แข็ง" การวิจัยในด้านระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์เล็กน้อย งานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและปรับปรุงส่วนประกอบพื้นฐานและส่วนประกอบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รวมถึงการรวมเข้าด้วยกัน ทิศทางสำคัญสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมในด้านนี้คือการสร้างระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ที่สามารถทำงานได้ในสองโหมด โหมดแรกคือโหมดเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ และโหมดที่สองคือโหมดการติดตั้งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนยานอวกาศ

กำลังติดตาม:มิเตอร์ไฟฟ้า
ก่อนหน้า: