Что такое электроядерный двигатель

NASA предложили ядерный двигатель

В рамках подготовки NASA к высадке на Марс в 2035 г. американская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) из Сиэтла предложила свое решение – ядерный тепловой двигатель (NTP). Его использование позволит людям добраться с Земли до Марса всего за три месяца. По словам руководителя USNT Майкла Идса, «ракеты с ядерными двигателями будут более мощными и вдвое более эффективными, чем с химическими двигателями, используемыми сегодня, а это означает, что они будут летать дальше и быстрее, сжигая при этом меньше топлива, что позволит человечеству уйти с околоземной орбиты в дальний космос».

USNT предлагает классическое решение – ядерный двигатель с использованием сжиженного водорода в качестве рабочего тела: ядерный реактор вырабатывает тепло из уранового топлива, эта энергия нагревает жидкий водород, проходящий по теплоносителям, который расширяется в газ и выбрасывается через сопло двигателя, создавая тягу. Одна из основных проблем при создании такого типа двигателей – найти урановое топливо, которое может выдерживать резкие колебания температуры внутри двигателя. В USNT утверждают, что решили эту проблему, разработав топливо, которое может работать при температурах до 2400 градусов Цельсия. Топливная сборка содержит карбид кремния: этот материал, используемый в слое триструктурально-изотропного покрытия, образует газонепроницаемую преграду, препятствующую утечке радиоактивных продуктов из ядерного реактора, защищая космонавтов. Той же цели – защите экипажа – служит особая архитектура ракеты, максимально разделяющая пилотируемую часть и ядерный двигатель. Запас жидкого водорода, хранящийся между двигателем и зоной экипажа, будет блокировать радиоактивные частицы, действуя как хороший радиационный экран. Кроме того, для защиты экипажа и на случай непредвиденных ситуаций ядерный двигатель не будет использоваться во время старта с Земли – он начнет работу уже на орбите, чтобы минимизировать возможные повреждения в случае аварии или нештатной работы.

Ядерный ракетный двигатель не новинка. В США в 1960-х гг. существовал проект NERVA – совместная программа Комиссии по атомной энергии США и NASA по созданию такого двигателя, продолжавшаяся до 1972 г. Ее результатом стала демонстрация реальности использования подобного двигателя для полета к Марсу. Сейчас наибольший интерес вызывают проекты создания транспортных модулей для полетов на Луну, Марс и в дальний космос. Такие проекты есть и в США, и в России, говорит эксперт в области ядерной физики и популяризатор ядерных технологий Дмитрий Горчаков: «Проект USNT предполагает, что ядерный реактор будет использоваться как источник тепла, более эффективный, чем химическое топливо, для нагрева рабочего тела и ускорения ракеты уже в космическом пространстве. Однако мощности проекта не указываются».

В России уже более 10 лет силами «Роскосмоса» и «Росатома» ведется разработка транспортно-энергетического модуля с ядерным реактором небывалой для космических аппаратов мощности – в несколько мегаватт (тепловых), что в десятки раз выше любых когда-либо запущенных в космос реакторов. Он может использоваться как в качестве источника электроэнергии для самого корабля или космической базы, так и для питания электроэнергией ионных двигателей, уже использующихся в космонавтике. Однако концепция этого проекта не раз менялась, а проблемы с финансированием и отсутствие внятных планов его использования пока вызывают сомнения в том, что в ближайшие годы работа над аппаратом будет активно продвигаться.

Куда ближе к реализации другой космический реактор – американский Kilopower электрической мощностью до 10 кВт. Как и российский проект, это не ядерный двигатель, а источник электроэнергии. Он уже испытывается в железе и вполне может стать первым мощным ядерным источником энергии, отправившимся в космос в XXI в. для питания лунной или марсианской базы или космического корабля с ионными двигателями.

Космическая тяга: сможет ли Россия создать ядерный двигатель для ракет

В России провели испытания системы охлаждения ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) — одного из ключевых элементов космического аппарата будущего, на котором можно будет совершать межпланетные полеты. Зачем в космосе нужен ядерный двигатель, как он работает и почему «Роскосмос» считает эту разработку главным российским космическим козырем, рассказывают «Известия».

История атома

Если положить руку на сердце, то со времен Королева ракеты-носители, используемые для полетов в космос, кардинальных изменений не претерпели. Общий принцип работы — химический, основанный на сгорании топлива с окислителем, остается прежним. Меняются двигатели, система управления, виды топлива. Основа путешествий в космосе остается неизменной — реактивная тяга толкает ракету или космический аппарат вперед.

Очень часто можно услышать, что нужен серьезный прорыв, разработка, способная заменить реактивный двигатель, чтобы повысить эффективность и сделать полеты к Луне и Марсу более реалистичными. Дело в том, что в настоящее время едва ли не большая часть массы межпланетных космических аппаратов, — это топливо и окислитель. А что если отказаться от химического двигателя вообще и начать использовать энергию ядерного двигателя?

Читать еще:  Что такое двигатель kubota

Сергей Павлович Королев, советский ученый, конструктор и главный организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, основоположник практической космонавтики

Идея создания ядерной двигательной установки не нова. В СССР развернутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД было подписано еще в далеком 1958 году. Уже тогда были проведены исследования, показавшие, что, используя ядерный ракетный двигатель достаточной мощности, можно добраться до Плутона (еще не утратившего свой планетный статус) и обратно за шесть месяцев (два туда и четыре обратно), потратив на путешествие 75 т топлива.

Занимались в СССР разработкой ядерного ракетного двигателя, однако приближаться к реальному прототипу ученые стали только сейчас. Дело не в деньгах, тема оказалась настолько сложной, что ни одна из стран не смогла до сих пор создать работающий прототип, а в большинстве случаев всё заканчивалось планами и чертежами. В США проводились испытания двигательной установки для полета на Марс в январе 1965 года. Но дальше тестов KIWI проект NERVA по покорению Марса на ядерном двигателе не сдвинулся, да и был он значительно проще, чем нынешняя российская разработка. Китай поставил в свои планы космического развития создание ядерного двигателя поближе к 2045 году, что тоже очень и очень не скоро.

В России же новый виток работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса для космических транспортных систем начался в 2010 году. Проект создается силами «Роскосмоса» и «Росатома» совместно, и его можно назвать одним из самых серьезных и амбициозных космических проектов последнего времени. Головным исполнителем по ЯЭДУ является Исследовательский центр им. М.В. Келдыша.

Ядерное движение

На протяжении всего времени разработки в прессу просачиваются новости о готовности то одной, то другой части будущего ядерного двигателя. При этом в целом, кроме специалистов, мало кто представляет себе, как и за счет чего он будет работать. Собственно, суть космического ядерного двигателя примерно такая же, как и на Земле. Энергия ядерной реакции используется для нагрева и работы турбогенератора-компрессора. Если говорить проще, то ядерная реакция используется для получения электричества, практически точно так же, как и на обычной атомной электростанции. А уже при помощи электричества работают электроракетные двигатели. В данной установке это ионные двигатели высокой мощности.

Испытание ионного двигателя

В ионных двигателях тяга создается путем создания реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Ионные двигатели есть и сейчас, они испытываются в космосе. Пока у них только одна проблема — практически все они имеют очень небольшую тягу, хоть и расходуют очень мало топлива. Для космических путешествий такие двигатели — прекрасный вариант, особенно если решить проблему получения электричества в космосе, что и сделает ядерная установка. К тому же работать ионные двигатели могут достаточно долго, максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трех лет.

Если посмотреть на схему, можно заметить, что ядерная энергия начинает свою полезную работу совсем не сразу. Сначала нагревается теплообменник, затем вырабатывается электричество, оно уже используется для создания тяги ионного двигателя. Увы, более простым и эффективным образом использовать ядерные установки для движения человечество пока не научилось.

В СССР запускались спутники с ядерной установкой в составе комплекса целеуказания «Легенда» для морской ракетоносной авиации, но это были совсем маленькие реакторы, а их работы хватало только на выработку электричества для повешенных на спутник приборов. Советские космические аппараты имели мощность установки в три киловатта, сейчас же российские специалисты работают над созданием установки с мощностью более мегаватта.

Проблемы космического масштаба

Естественно, что проблем у ядерной установки в космосе гораздо больше, чем на Земле, и самая главная из них — это охлаждение. В обычных условиях для этого используется вода, очень эффективно поглощающая тепло двигателя. В космосе же сделать это нельзя, и ядерным двигателям требуется эффективная система охлаждения — причем тепло от них нужно отводить во внешнее космическое пространство, то есть делать это можно только в виде излучения. Обычно для этого в космических кораблях используются панельные радиаторы — из металла, с циркулирующей по ним жидкостью теплоносителем. Увы, такие радиаторы, как правило, имеют большой вес и габариты, кроме того, они никак не защищены от попадания метеоритов.

Читать еще:  Chevrolet lacetti стук двигателя

В августе 2015 года на авиасалоне МАКС была показана модель капельного охлаждения ядерных энергодвигательных систем. В ней жидкость, рассеянная в виде капель, пролетает в открытом космическом пространстве, охлаждается, а затем снова собирается в установку. Только представьте себе огромный космический корабль, в центре которого гигантская душевая установка, из которой вырываются наружу миллиарды микроскопических капель воды, летят в космосе, а затем засасываются в огромный раструб космического пылесоса.

Совсем недавно стало известно, что капельная система охлаждения ядерной двигательной установки была испытана в земных условиях. При этом система охлаждения — это важнейший этап в создании установки.

Теперь дело за тем, чтобы испытать ее работоспособность в условиях невесомости и уже только после этого систему охлаждения можно будет пробовать создать в размерах, требуемых для установки. Каждое такое успешное испытание по чуть-чуть приближает российских специалистов к созданию ядерной установки. Ученые спешат изо всех сил, ведь считается, что вывод ядерного двигателя в космос сможет России помочь вернуть лидерские позиции в космосе.

Ядерная космическая эра

Допустим, это получится, и уже через несколько лет в космосе начнет свою работу ядерный двигатель. Чем это поможет, как это можно будет использовать? Для начала стоит уточнить, что в том виде, в котором ядерная двигательная установка существует сегодня, она может работать только в космическом пространстве. Взлетать с Земли и садиться в таком виде она не может никак, тут пока без традиционных химических ракет не обойтись.

А зачем в космосе? Ну слетает человечество до Марса и Луны быстро, и всё? Не совсем так. В настоящее время все проекты орбитальных заводов и фабрик, работающих на орбите Земли, стопорятся из-за отсутствия сырья для работы. Нет смысла строить что-либо в космосе до тех пор, пока не найден способ выводить на орбиту большое количество требуемого сырья, например металлической руды.

Но зачем поднимать их с Земли, если можно, наоборот, привезти из космоса. В том же поясе астероидов в Солнечной системе есть просто огромные запасы различных металлов, в том числе и драгоценных. И вот в таком случае создание ядерного буксира станет просто палочкой-выручалочкой.

Астероид Психея является одним из самых загадочных объектов в Солнечной системе, содержит огромные запасы различных металлов

Привезти на орбиту огромный платино- или золотосодержащий астероид и начать его разделывать прямо в космосе. По расчетам специалистов такая добыча с учетом объема может оказаться одной из наиболее выгодных.

А есть ли менее фантастическое применение ядерному буксиру? Например, с его помощью можно развозить по нужным орбитам спутники или привозить в нужную точку пространства космические аппараты, например на лунную орбиту. В настоящее время для этого используются разгонные блоки, например российский «Фрегат». Они дорогие, сложные и одноразовые. Ядерный буксир сможет подхватывать их на низкой околоземной орбите и доставлять куда необходимо.

Аналогично и с межпланетными путешествиями. Без быстрого способа доставлять грузы и людей на орбиту Марса шансов начать колонизацию просто нет. Ракеты-носители нынешнего поколения будут делать это очень дорого и долго. До сих пор длительность полета остается одной из самых серьезных проблем при полете к другим планетам. Выдержать месяцы полета на Марс и обратно в закрытой капсуле космического корабля — задача не из простых. Ядерный буксир сможет помочь и тут, существенно сократив это время.

Необходимо и достаточно

В настоящее время всё это выглядит фантастикой, но до тестирования прототипа, как утверждают ученые, остаются считаные годы. Главное, что требуется, это не только завершить разработку, но и сохранить в стране необходимый уровень космонавтики. Даже при падении финансирования должны продолжать взлетать ракеты, строиться космические аппараты, работать ценнейшие специалисты.

Иначе один атомный двигатель без соответствующей инфраструктуры делу не поможет, для максимальной эффективности разработку будет очень важно не просто продать, но использовать самостоятельно, показав все возможности нового космического транспортного средства.

Пока же всем жителям страны, не завязанным на работе, остается только посматривать на небо и надеяться, что у российской космонавтики всё получится. И ядерный буксир, и сохранение нынешних возможностей. В другие исходы и верить не хочется.

Ядерный «Буревестник»: новая крылатая ракета станет «оружием возмездия»

С тех пор вокруг этой ракеты не утихают споры. В основном они ведутся по немногочисленным техническим параметрам и составным частям ракеты, которые стали известны широкой общественности — воздушный ядерный двигатель, дозвуковая скорость, инверсионный след (радиоактивный выхлоп) и т. д.

Ядерный двигатель

Пытаясь раскрыть «тайну» ядерного двигателя, многие специалисты в России и за рубежом предполагают, что он произошел от известной советской разработки — твердотопливного ракетного двигателя РД-0410.

Читать еще:  Что такое двигатель assy

Действительно, с 1965 по 1985 годы по этому двигателю был проведен колоссальный объем работ, в результате которых удалось создать образец двигателя массой около 2 тонн (с радиационной защитой), удельной тягой около тонны и рабочим ресурсом работы — 1 час. С таким коротким временем работы крылатая ракета вряд ли далеко улетит и тем более не сможет летать неограниченное время, согласитесь. Кстати, у нас на основе РД-0410 получились надежные ядерные энергоустановки для космических аппаратов, но это тема для отдельной статьи. Поэтому продолжу про крылатую ракету.

В качестве прародителя двигателя для «Буревестника» мог выступить только авиационный двигатель, а точнее — ядерная авиационная установка с прямоточным или турбореактивным двигателем. Разработки таких двигателей велись в СССР и США с 50-х годов прошлого века.

Пионерами в разработке таких двигателей стали американцы, начавшие в 1946 году проект NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft — ядерная энергия для авиационной силовой установки). Затем были проект AEC (Atomic Energy Commission) и масштабная программа ANP (Aircraft Nuclear Propulsion, самолет с ядерной энергетической установкой), в рамках которой разработали экспериментальные реакторы ASTR и Р-1, а также провели испытательные полеты летающих лабораторий на основе бомбардировщиков В-36. Однако в 1961 году программа ANP была закрыта президентом США Кеннеди, который через официальное письмо уведомил о том, что у самолета с ядерной установкой в ВВС США нет перспективного будущего.

В СССР такие разработки начались в 1947 году с научно-исследовательских работ, результатом которых стало Постановление Совета Министров СССР № 1561-868 от 12 августа 1955 года, согласно которому к работам по созданию самолетов с ядерными авиационными двигателями (ЯАД) привлекались авиационные КБ — Мясищева, Туполева и Лавочкина, а также ведущие КБ в области двигателестроения — Кузнецова, Люльки и Бондарюка. Наиболее перспективным решением в создании ЯАД оказался проект ОКБ А. М.Люльки, в котором рассматривались ядерные турбореактивные двигатели в двух вариантах: «соосной» схемы и схемы «коромысло».

Несмотря на то, что это решение было вполне годным для установки на самолеты, работы над «атомолетами» был прекращены, так как не было найдено решение безопасной «наземной эксплуатации и защиты экипажа, населения и местности в случае вынужденной посадки самолета с ЯАД». Результаты работ положили на полку архива, с которой их достали тогда, когда в области разработки компактных ядерных реакторов Россия стала единственной страной в мире.

Да, на «Буревестнике» стоит ЯАД с компактным ядерным реактором — созданный благодаря современным российским технологиям, который позволяет крылатой ракете лететь неограниченное время с дозвуковой скоростью на любое расстояние.

Скорость и заметность

«Буревестник» часто критикуют за его дозвуковую скорость — мол, любой зенитно-ракетный комплекс с ним разделается, так как работа ЯАД оставляет заметный «радиоактивный выхлоп». Безусловно, критики правы в том случае, когда «Буревестник» привлекли бы для ответно-встречного удара — ПВО и ПРО вероятного противника еще не уничтожены и, естественно, могут обнаружить ракету. На самом деле все иначе.

«Буревестник», как и подводный беспилотник «Посейдон» — это оружие возмездия, оружие которое будет применяться после того, как по территории агрессора «отработают» боеголовки межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Понятно, что после ответно-встречного удара наших РВСН кое-что останется от военной и гражданской инфраструктуры страны-агрессора — запасные командные пункты, защищенные военные базы, заводы, энергостанции и т.д. Такие «остатки» позволят стране-агрессору продолжать вести войну против России. Вот именно в этот момент и потребуется «оружие возмездия».

«Посейдоны» ударят по прибрежным объектам, а «Буревестники» ударят по всем объектам в глубине территории страны-агрессора. При этом не факт, что уцелевшие единичные комплексы ПВО и ПРО смогут обеспечить полноценную оборону (в этой обороне будет много брешей), а комплексы контроля за воздушной обстановкой в ионизированной атмосфере вряд ли увидят тот самый «радиактивный выхлоп» нашей крылатой ракеты. К тому же «Буревестник» будет маневрировать, обходя обнаруженные уцелевшие зоны противоздушной обороны.

Таким образом, «Буревестники» довершат разгром всех объектов военной и гражданской инфраструктуры страны-агрессора, не оставляя ей шансов на выживание. Сколько «Буревестников» понадобится для этого — оставлю «за кадром».

В то же время государства, вынашивающие агрессивные планы против России и ее союзников, должны знать — прилет «Буревестников» не только означает конец всем их надеждам на победу, но и конец их государственности. Именно «Буревестники», а не «Томагавки» втопчут страны-агрессоры в каменный век, и никак иначе.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector