Ядерные комплексы Ядерные двигатели для транспорта Атомные надводные военные корабли Атомные ледоколы Космические двигатели Ядерный взрывной двигатель

Ядерный взрывной двигатель

Использование энергии атомного взрыва. В 1960-х годах НАСА и Комиссия по атомной энергии США исследовали довольно экзотический метод получения тяги в рамках проекта «Орион». В этом методе разгон ракеты до большой скорости, необходимой для полета к другим планетам, осуществлялся путем последовательных взрывов небольших атомных зарядов, выбрасываемых за ракетой. Специальные гасители должны были сглаживать воздействие взрывов. В рамках проекта «Орион» построено несколько моделей платформ из алюминия; вопрос состоял в том, выдержит ли она быстрый рост температуры и давления, создаваемых химическими взрывами. В 1959 состоялся 100-метровый полет платформы, обеспеченный шестью последовательными взрывами, который продемонстрировал, что импульсный режим полета может быть стабильным. Воздействие высоких температур столь кратковременен, что поток тепла в платформу невелик, и охлаждения платформы не требовалось. Эксперименты показали, что такие материалы, как алюминий или сталь, подходят для изготовления платформы. Проект «Орион» отменен в соответствии с международными договорами по ограничению ядерных вооружений.

Радиоизотопный ЯРД

Из всех возможных типов ЯРД наиболее разработан тепловой радиоизотопный двигатель (например, на базе рассмотренных в предыдущих лекциях атомных тепловых батарей, использующих энергию, выделяющуюся при распаде радионуклида). Ядерные энергоустановки обладают уникальными характеристиками, к которым относятся практически неограниченная энергоемкость, независимость функционирования от окружающей среды, неподверженность внешним воздействиям. Однако максимальная мощность нынешних ядерных радиоизотопных установок ограничена величиной порядка нескольких киловатт, поэтому нельзя надеяться на широкое применение радионуклидных двигателей в космонавтике.

ЯРД с реактором деления. К активным тепловым солнечным системам относятся плоские, а также параболические зеркальные концентраторы с одной и двумя степенями свободы и со специальными приводами, позволяющими системе «следить» за положением Солнца на небосводе

Этот тип ЯРД представляет собой сочетание атомного энергетического реактора с ракетным двигателем. Существует множество ЯРД на базе реактора деления: твёрдофазный; газофазный; жидкофазный и коллоидный; термоядерный; импульсный и др.

ЯРД значительно эффективнее жидкостного реактивного двигателя (ЖРД), но только в определенном диапазоне. Они не могут запускаться на Земле, не могут возвращаться на Землю из- за остаточной радиации. Они требуют тяжелой радиационной защиты. Ядерные двигатели предназначены исключительно для работы в космосе. И то на очень высоких орбитах (600 километров и выше), чтобы космический аппарат вращался вокруг Земли многие столетия. Потому что «период высвечивания» ЯРД составляет как минимум 300 лет.

Многие системы ЯРД устроены так же, как у жидкостного ракетного двигателя. Только температура рабочего тела, истекающего из сопла и создающего тягу, повышается не за счет реакции окисления (горения) двух компонентов, а за счет тепловой энергии, выделяющейся в процессе деления ядер. Вместо камеры сгорания, в ядерном двигателе размещен реактор, способный нагреть газ до высокой температуры. Эта температура ограничивается стойкостью применяемых материалов. В реакторе можно разогревать любой газ, а энергетическая эффективность ракетного двигателя тем выше, чем это рабочее тело имеет меньшую молекулярную массу. Поэтому, если в ЯРД применить водород, то скорость истечения его из сопла будет в 3 раза выше, чем в лучшем - кислородно-водородном ЖРД, т. к. молекулярная масса в первом случае - 2 г/моль, а во втором - 18. Значит, для космического полета потребуется существенно меньше рабочего тела.

Замечание. В проектах электронно-импульсного двигателя выдвинута еще более перспективная идея - в качестве рабочего тела использовать электроны, у которых «молекулярная масса» в 4000 раз меньше, чем у водорода.

В качестве рабочего тела могут быть применены жидкий водород, аммиак, гидразин. Удельные импульсы соответственно — 900, 500, 450 сек.

Один из возможных вариантов двигателей для отрыва от Земли - это устройства, в которых урановый ядерный реактор будет разогревать водород до 2500 C, затем этот водород будет смешиваться с атмосферным воздухом и сгорать при температуре 4000 C В 50-е ядерные двигатели с газовой активной зоной привлекли внимание специалистов благодаря своим высоким характеристикам: в то время удельная тяга оценивалась величиной 6000 с при тяге, достигающей 130 кг. В 60-х рассматривалась замкнутая и открытая схемы ядерных двигателей с газовой активной зоной. Основная проблема при разработке газофазного реактора - снижение потерь делящегося вещества, которые не должны превышать долей процента от расхода рабочего тела Преимуществом использования в замкнутых схемах ГФЯР, в котором вместо твердых твэлов используются газообразные, является принципиальная возможность обеспечения весьма длительного функционирования за счет соответствующей подпитки горючим взамен выводимых из контура во внешнюю среду продуктов ядерных реакций Двухслойная прозрачная стенка поглощает менее 1% энергии излучения, испускаемой ядерным горючим, которая затем уносится охладителем ампулы (например, гелием). Безопасность. С самого начала создания ЯРД особое внимание уделяли предотвращению нежелательных воздействий реактора на биосферу Земли при аварийном прекращении полета. Благодаря трансформируемой конструкции установка может работать в двух режимах: - двигательном (газофазном) тягой 17 т при удельном импульсе 2000 с - на разгонных и тормозных участках траектории; - энергетическом (твердофазном) с электрической мощностью 200 кВт для обеспечения внутренних нужд космического аппарата без расходования рабочего тела - на маршевом участке траектории


Атомные ледоколы Ядерные двигатели