AT един от разделитеВ LiveJournal инженер по електроника постоянно пише за ядрени и термоядрени машини - реактори, инсталации, изследователски лаборатории, ускорители, както и за. Новата руска ракета, показана по време на годишното послание на президента, предизвика оживения интерес на блогъра. И ето какво откри по темата.
Да, исторически е имало разработки на крилати ракети с прямоточен ядрен въздушен двигател: това е ракетата SLAM в САЩ с реактор TORY-II, концепцията Avro Z-59 във Великобритания и разработките в СССР.
Модерен рендер на концептуалната ракета Avro Z-59, тежаща около 20 тона.
Всички тези работи обаче продължиха през 60-те години като научноизследователска и развойна дейност с различна степен на дълбочина (Съединените щати стигнаха най-далеч, както е обсъдено по-долу) и не бяха продължени под формата на образци в експлоатация. Те не го получиха по същата причина като много други разработки на Atom Age - самолети, влакове, ракети с ядрени електроцентрали. Всички тези опции Превозно средствос някои плюсове, които безумната енергийна плътност в ядреното гориво дава, те имат много сериозни недостатъци - висока цена, сложност на експлоатация, изисквания за постоянна защита и накрая незадоволителни резултати от разработката, за които обикновено се знае малко (чрез публикуване на резултати от научноизследователска и развойна дейност, по-изгодно е за всички страни да демонстрират постижения и да скриват провали).
По-специално, за крилатите ракети е много по-лесно да създадат носител (подводница или самолет), който ще "влачи" много ракети до мястото за изстрелване, отколкото да се заблуждават с малък флот (и е невероятно трудно да се овладее голям флот) от крилати ракети, изстреляни от собствена територия. Универсален, евтин масова средаспечели в крайна сметка дребно, скъпо и с нееднозначни плюсове. Ядрените крилати ракети не надхвърлиха наземните тестове.
Тази концептуална задънена улица от 60-те години на КР с атомни електроцентрали според мен е все още актуална и сега, така че основният въпрос към показаното е "защо??". Но това става още по-изпъкнало от проблемите, които възникват при разработването, тестването и експлоатацията на такива оръжия, за които ще говорим по-нататък.
И така, нека започнем с реактора. Концепциите SLAM и Z-59 бяха нисколетящи ракети с три машини с впечатляващи размери и маса (20+ тона след изхвърлянето на стартовите ускорители). Ужасно скъпият нисколетящ свръхзвуков позволи да се възползва максимално от присъствието на практически неограничен източник на енергия на борда, освен това важна характеристика на ядрения въздушен реактивен двигател еподобрения в ефективността на работата (термодинамичен цикъл) с нарастваща скорост, т.е. същата идея, но при скорости от 1000 км/ч щеше да има доста по-тежък и като цяло двигател. И накрая, 3M на височина от сто метра през 1965 г. означаваше неуязвимост за противовъздушната отбрана.Оказва се, че по-рано концепцията за ракетна установка с ядрена енергийна установка е била "обвързана" с висока скорост, където предимствата на концепцията бяха силни, а конкурентите с въглеводородно гориво отслабваха Показаната ракета според мен е трансзвукова или слабо свръхзвукова (освен ако, разбира се, не вярвате, че това е тя във видеото). Но в същото време размерът на реактора намаля значително в сравнение сТОРИ II от ракетата SLAM, където беше цели 2 метра, включително графитен радиален неутронен рефлектор
Възможно ли е изобщо да се постави реактор с диаметър 0,4-0,6 метра?
Нека започнем с принципно минимален реактор - заготовка от Pu239. Добър примерреализация на такава концепция е космическият реактор Kilopower, където обаче се използва U235. Диаметърът на ядрото на реактора е само 11 сантиметра! Ако преминете към плутоний 239, размерите на активната зона ще намалеят още 1,5-2 пъти. минимален размерще започнем да вървим към истински ядрен въздушно-реактивен двигател, като си спомняме трудностите.
Първото нещо, което трябва да добавите към размера на реактора, е размерът на рефлектора - по-специално, в Kilopower, BeO утроява размера. Второ, не можем да използваме заготовки от U или Pu - те просто ще изгорят във въздушен поток само за минута. Необходима е обвивка, като incaloy, която издържа на мигновено окисляване до 1000 C, или други никелови сплави с възможно керамично покритие. Въвеждането на голямо количество материал на обвивката в активната зона незабавно увеличава необходимото количество ядрено гориво няколко пъти - в крайна сметка "непродуктивното" поглъщане на неутрони в активната зона сега се е увеличило драстично!
Освен това металната форма на U или Pu вече не е подходяща - тези материали сами по себе си не са огнеупорни (плутоният обикновено се топи при 634 C), но те също взаимодействат с материала на металните черупки. Превръщаме горивото в класическата форма на UO2 или PuO2 - получаваме още едно разреждане на материала в активната зона, вече с кислород.
И накрая, припомняме предназначението на реактора. Трябва да изпомпваме много въздух през него, на който ще отдадем топлина. Приблизително 2/3 от пространството ще бъде заето от "въздушни тръби".
В резултат на това минималният диаметър на активната зона нараства до 40-50 cm (за уран), а диаметърът на реактора с 10-cm берилиев рефлектор до 60-70 cm.МАЛКА предназначен за полети в атмосферата на Юпитер. Този напълно хартиен проект (например, температурата на ядрото е осигурена на 3000 K, а стените са направени от берилий, който може да издържи на сила от 1200 K) има диаметър на ядрото, изчислен от неутроника, от 55,4 cm, докато охлаждането с водород дава възможност леко да се намали размерът на каналите, през които се изпомпва охлаждащата течност.
Според мен въздушен ядрен реактивен двигател може да бъде вкаран в ракета с диаметър около метър, което обаче все още не е кардинално по-голямо от изразените 0,6-0,74 м, но все пак е тревожно. Така или иначе, атомната електроцентрала ще има мощност от ~ няколко мегавата, захранвана от ~10^16 разпадания в секунда. Това означава, че самият реактор ще създаде радиационно поле от няколко десетки хиляди рентгена близо до повърхността и до хиляда рентгена по протежение на цялата ракета. Дори инсталирането на няколкостотин кг секторна защита няма да намали значително тези нива, т.к. неутроните и гама-квантите ще се отразяват от въздуха и ще "заобикалят защитата".
За няколко часа такъв реактор ще произведе ~10^21-10^22 атома продукти на делене c с активност от няколко (няколко десетки) петабекерела, които дори след спиране ще създадат фон от няколко хиляди рентгена близо до реактор.
Дизайнът на ракетата ще бъде активиран до около 10^14 Bq, въпреки че изотопите ще бъдат предимно бета излъчватели и са опасни само от спирачно лъчение. Фонът от самата конструкция може да достигне десетки рентгенови лъчи на разстояние 10 метра от тялото на ракетата.
Всички тези "веселости" дават идеята, че разработването и тестването на такава ракета е задача на ръба на възможното. Необходимо е да се създаде цял набор от радиационно устойчиво навигационно и контролно оборудване, да се тества всичко по доста сложен начин (радиация, температура, вибрации - и всичко това за статистика). Полетните тестове с работещ реактор във всеки момент могат да се превърнат в радиационна катастрофа с изпускане от стотици терабекери до единици петабекери. Дори и без катастрофални ситуации, разхерметизирането на отделните горивни пръти и изпускането на радионуклиди е много вероятно.
Разбира се, в Русия все още имаМногоъгълник на Нова Земля на които могат да се извършват такива тестове, но това би било в противоречие с духа на договора зазабрана за ядрени опити в три среди (Забраната е въведена, за да се предотврати системно замърсяване на атмосферата и океана с радионуклиди).
И накрая, интересно е кой в Руската федерация може да разработи такъв реактор. Традиционно Институтът Курчатов (общ дизайн и изчисления), Обнинск FEI (експериментално изпитване и гориво) и Научноизследователският институт Луч в Подолск (технология на горивото и материалите) първоначално са участвали във високотемпературни реактори. По-късно екипът на НИКИЕТ се включи в проектирането на такива машини (например реакторите IGR и IVG - прототипи на активната зона на ядрения ракетен двигател РД-0410).
Днес НИКИЕТ разполага с екип от дизайнери, които извършват работа по проектирането на реактори (високотемпературен RUGK с газово охлаждане , бързи реактори MBIR, ), докато IPPE и Luch продължават да се занимават съответно със свързани изчисления и технологии. Институтът Курчатов през последните десетилетия се придвижи повече към теорията за ядрените реактори.
В заключение бих искал да кажа, че създаването на крилата ракета с въздушно-реактивни двигатели с ядрени енергийни установки като цяло е осъществима задача, но в същото време изключително скъпа и сложна, изискваща значителна мобилизация на човешки и финансови ресурси, както ми се струва, в по-голяма степен от всички други озвучени проекти ("Сармат", "Кинжал", "Статус-6", "Авангард"). Много е странно, че тази мобилизация не остави ни най-малка следа. И най-важното, изобщо не е ясно каква е ползата от получаването на такива видове оръжия (на фона на съществуващите носители) и как те могат да надделеят над многобройните недостатъци - проблеми с радиационната сигурност, висока цена, несъвместимост със стратегически оръжия договори за намаляване.
P.S. "Източниците" обаче вече започват да смекчават ситуацията: "Източник, близък до военно-промишления комплекс, каза"Ведомости ”, че е осигурена радиационна безопасност по време на изпитанието на ракетите. Ядрената инсталация на борда е била представена от електрическа схема, казва източникът.
Скептиците твърдят, че създаването на ядрен двигател не е значителен напредък в областта на науката и технологиите, а само „модернизация на парен котел“, където уранът действа като гориво вместо въглища и дърва за огрев, а водородът действа като работна течност. Толкова ли е обещаващ NRE (ядрен реактивен двигател)? Нека се опитаме да го разберем.
Първите ракети
Всички заслуги на човечеството в развитието на околоземното пространство могат безопасно да бъдат приписани на химическите реактивни двигатели. Работата на такива енергийни агрегати се основава на преобразуването на енергията на химическа реакция на изгаряне на гориво в окислител в кинетичната енергия на реактивен поток и, следователно, ракета. Използваното гориво е керосин, течен водород, хептан (за ракетни двигатели с течно гориво (LTE)) и полимеризирана смес от амониев перхлорат, алуминиев и железен оксид (за твърдо гориво (RDTT)).
Добре известно е, че първите ракети, използвани за фойерверки, са се появили в Китай още през II век пр.н.е. Те се издигнаха в небето благодарение на енергията на праховите газове. Теоретичните изследвания на немския оръжейник Конрад Хаас (1556), полския генерал Казимир Семенович (1650), руския генерал-лейтенант Александър Засядко имат значителен принос в развитието на ракетната техника.
Американският учен Робърт Годард получи патент за изобретението на първия ракетен двигател с течно гориво. Неговият апарат, с тегло 5 kg и дължина около 3 m, работещ на бензин и течен кислород, през 1926 г. за 2,5 s. прелетя 56 метра.
В преследване на скоростта
Сериозната експериментална работа по създаването на серийни химически реактивни двигатели започва през 30-те години на миналия век. В Съветския съюз В. П. Глушко и Ф. А. Цандер се считат за пионери на ракетното двигателостроене. С тяхно участие бяха разработени енергийни блокове РД-107 и РД-108, които осигуриха на СССР първенството в изследването на космоса и поставиха основата за бъдещото лидерство на Русия в областта на пилотираната космонавтика.
С модернизацията на двигателя с течно гориво стана ясно, че теоретичната максимална скорост на реактивната струя не може да надвишава 5 km/s. Това може да е достатъчно за изучаване на околоземното пространство, но полетите до други планети и още повече звезди ще останат неосъществима мечта за човечеството. В резултат на това още в средата на миналия век започнаха да се появяват проекти за алтернативни (нехимически) ракетни двигатели. Най-популярните и обещаващи бяха инсталации, които използват енергията на ядрените реакции. Първите експериментални образци на ядрени космически двигатели (ЯДР) в Съветския съюз и САЩ са тествани през 1970 г. След аварията в Чернобил обаче, под натиска на обществеността, работата в тази област е спряна (в СССР през 1988 г., в САЩ - от 1994 г.).
Работата на атомните електроцентрали се основава на същите принципи като тези на термохимичните. Единствената разлика е, че нагряването на работния флуид се извършва от енергията на разпадане или синтез на ядрено гориво. Енергийната ефективност на такива двигатели е много по-висока от химическите. Например, енергията, която може да бъде освободена от 1 kg най-добро гориво (смес от берилий с кислород), е 3 × 107 J, докато за полониеви изотопи Po210 тази стойност е 5 × 1011 J.
Освободената енергия в ядрен двигател може да се използва по различни начини:
нагряване на работния флуид, излъчван през дюзите, както в традиционен ракетен двигател, след преобразуване в електрически, йонизиране и ускоряване на частиците на работния флуид, създаване на импулс директно от продукти на делене или синтез Дори обикновената вода може да действа като работна течност, но употребата на алкохол ще бъде много по-ефективна, амоняк или течен водород. В зависимост от агрегатното състояние на горивото за реактора ядрените ракетни двигатели се делят на твърдо-, течно- и газофазни. Най-развитият NRE с твърдофазен реактор на делене, който използва като гориво горивни пръти (горивни елементи), използвани в атомните електроцентрали. Първият такъв двигател в рамките на американския проект Nerva премина тестове на земята през 1966 г., след като работи около два часа.
Характеристики на дизайна
В основата на всеки ядрен космически двигател е реактор, състоящ се от активна зона и берилиев рефлектор, разположен в енергийна сграда. Именно в активната зона се случва деленето на атомите на горимото вещество, като правило, уран U238, обогатен с изотопи U235. За да придадат на процеса на ядрено разпадане определени свойства, тук се намират и модератори - огнеупорен волфрам или молибден. Ако модераторът е включен в състава на горивните елементи, реакторът се нарича хомогенен, а ако е поставен отделно - хетерогенен. Ядреният двигател също така включва блок за захранване с работна течност, управление, защита от сенчеста радиация и дюза. Конструктивните елементи и компонентите на реактора, изпитващи високи термични натоварвания, се охлаждат от работния флуид, който след това се впръсква в горивните възли от турбопомпена единица. Тук се нагрява до почти 3000˚С. Изтичайки през дюзата, работната течност създава реактивна тяга.
Типичните устройства за управление на реактора са управляващи пръти и въртящи се барабани, направени от вещество, което абсорбира неутрони (бор или кадмий). Пръчките се разполагат директно в активната зона или в специални ниши на рефлектора, а въртящите се барабани се разполагат по периферията на реактора. Чрез преместване на прътите или завъртане на барабаните се променя броят на делящите се ядра за единица време, регулирайки нивото на освобождаване на енергия от реактора и, следователно, неговата топлинна мощност.
За да се намали интензитета на неутронното и гама лъчение, което е опасно за всички живи същества, елементите на първичната защита на реактора са поставени в енергийната сграда.
Подобряване на ефективността
Течнофазният ядрен двигател е подобен по принцип и устройство на твърдофазните, но течното състояние на горивото позволява да се повиши температурата на реакцията и следователно тягата на силовия агрегат. Така че, ако за химически агрегати (LTE и ракетни двигатели с твърдо гориво) максималният специфичен импулс (скорост на реактивния взрив) е 5420 m/s, за твърдофазните ядрени и 10 000 m/s е далеч от границата, тогава средната стойност на този показател за газовата фаза NRE е в диапазона 30 000 - 50 000 m/s.
Има два вида проекти за ядрени двигатели в газова фаза:
Отворен цикъл, при който се извършва ядрена реакция вътре в плазмен облак от работна течност, задържана от електромагнитно поле и абсорбираща цялата генерирана топлина. Температурата може да достигне няколко десетки хиляди градуса. В този случай активната област е заобиколена от топлоустойчиво вещество (например кварц) - ядрена лампа, която свободно предава излъчена енергия , В инсталации от втори тип температурата на реакцията ще бъде ограничена от температурата на топене на материал на крушка. В същото време енергийната ефективност на ядрения космически двигател леко намалява (специфичен импулс до 15 000 m / s), но ефективността и радиационната безопасност се увеличават.
Практически постижения
Формално за изобретател на атомната електроцентрала се смята американският учен и физик Ричард Файнман. Началото на мащабна работа по разработването и създаването на ядрени двигатели за космически кораби в рамките на програмата Rover беше дадено в изследователския център в Лос Аламос (САЩ) през 1955 г. Американските изобретатели предпочитаха инсталации с хомогенен ядрен реактор. Първият експериментален образец на "Киви-А" е сглобен в завода в атомния център в Албакърки (Ню Мексико, САЩ) и тестван през 1959 г. Реакторът беше поставен вертикално на стойката с дюзата нагоре. По време на тестовете директно в атмосферата е изхвърлена нагрята струя отработен водород. И въпреки че ректорът работи на ниска мощност само за около 5 минути, успехът вдъхнови разработчиците.
В Съветския съюз мощен тласък на подобни изследвания даде срещата на "трите велики К", проведена през 1959 г. в Института по атомна енергия - създателят на атомната бомба И. В. Курчатов, главният теоретик на руската космонавтика М. В. Келдиш и генералният конструктор на съветските ракети S.P. Queen. За разлика от американския модел, съветският двигател RD-0410, разработен в конструкторското бюро на асоциацията Khimavtomatika (Воронеж), имаше хетерогенен реактор. Пожарните изпитания се провеждат на тренировъчен полигон близо до град Семипалатинск през 1978 г.
Заслужава да се отбележи, че бяха създадени доста теоретични проекти, но въпросът така и не стигна до практическа реализация. Причините за това бяха наличието на огромен брой проблеми в материалознанието, липсата на човешки и финансови ресурси.
За бележка: важно практическо постижение беше провеждането на полетни изпитания на самолети с ядрен двигател. В СССР най-обещаващ беше експерименталният стратегически бомбардировачТу-95LAL, в САЩ - B-36.
Orion Project или Pulse NREs
За полети в космоса импулсен ядрен двигател беше предложен за първи път да се използва през 1945 г. от американски математик от полски произход Станислав Улам. През следващото десетилетие идеята е развита и усъвършенствана от Т. Тейлър и Ф. Дайсън. Основното е, че енергията на малки ядрени заряди, детонирани на известно разстояние от изтласкващата платформа на дъното на ракетата, й придава голямо ускорение.
В хода на проекта Orion, който стартира през 1958 г., беше планирано да се оборудва ракета, способна да достави хора на повърхността на Марс или орбитата на Юпитер с точно такъв двигател. Екипажът, разположен в предния отсек, ще бъде защитен от вредните ефекти на гигантските ускорения чрез устройство за амортизиране. Резултатът от подробната инженерна работа бяха марш тестове на мащабен модел на кораба за изследване на стабилността на полета (вместо ядрени заряди бяха използвани конвенционални експлозиви). Поради високата цена проектът е затворен през 1965 г.
Подобни идеи за създаване на "взривно вещество" са изразени от съветския академик А. Сахаров през юли 1961 г. За да изведе кораба в орбита, ученият предложи използването на конвенционални двигатели с течно гориво.
Алтернативни проекти
Голямо количествопроектите не са надхвърлили теоретичните изследвания. Сред тях имаше много оригинални и много обещаващи. Потвърждение е идеята за атомна електроцентрала, базирана на делящи се фрагменти. Конструктивните характеристики и разположението на този двигател позволяват изобщо да се направи без работен флуид. Реактивният поток, който осигурява необходимите задвижващи характеристики, се формира от отработен ядрен материал. Реакторът се основава на въртящи се дискове с подкритична ядрена маса (коефициентът на делене на атомите е по-малък от единица). При въртене в сектора на диска, разположен в активната зона, се стартира верижна реакция и разлагащите се високоенергийни атоми се изпращат към дюзата на двигателя, образувайки струен поток. Оцелелите цели атоми ще участват в реакцията при следващите обороти на горивния диск.
Проектите за ядрен двигател за кораби, изпълняващи определени задачи в околоземното пространство, базирани на RTG (радиоизотопни термоелектрически генератори), са доста работещи, но такива инсталации не са много обещаващи за междупланетни и още повече междузвездни полети.
Двигателите за ядрен синтез имат огромен потенциал. Още на сегашния етап от развитието на науката и технологиите импулсна инсталация е напълно осъществима, в която, подобно на проекта Orion, термоядрените заряди ще бъдат детонирани под дъното на ракетата. Въпреки това, много експерти смятат, че прилагането на контролиран ядрен синтез е въпрос на близко бъдеще.
Предимства и недостатъци на YARD
Безспорните предимства на използването на ядрени двигатели като енергийни агрегати за космически кораби включват тяхната висока енергийна ефективност, която осигурява висок специфичен импулс и добра тяга (до хиляда тона във вакуум), впечатляващ енергиен резерв по време на автономна работа. Съвременно нивонаучното и технологичното развитие дава възможност да се осигури сравнителна компактност на такава инсталация.
Основният недостатък на NRE, който доведе до съкращаване на проектирането и изследователската работа, е високата радиационна опасност. Това е особено вярно при провеждане на наземни пожарни тестове, в резултат на които радиоактивни газове, съединения на урана и неговите изотопи могат да навлязат в атмосферата заедно с работната течност и разрушителния ефект на проникващата радиация. По същите причини стартът е неприемлив. космически кораб, оборудван с ядрен двигател, директно от повърхността на Земята.
Настояще и бъдеще
Според академика на Руската академия на науките, изпълнителен директор"Център Келдиш" на Анатолий Коротеев, принципно нов тип ядрен двигател в Русия ще бъде създаден в близко бъдеще. Същността на подхода е, че енергията на космическия реактор ще бъде насочена не към директно нагряване на работната течност и образуване на струйна струя, а към генериране на електричество. Ролята на двигател в инсталацията е възложена на плазмения двигател, чиято специфична тяга е 20 пъти по-висока от тягата на съществуващите в момента химически ракетни превозни средства. Главното предприятие на проекта е подразделение на държавната корпорация "Росатом" АО "НИКИЕТ" (Москва).
Пълномащабните макетни тестове бяха успешно преминати през 2015 г. на базата на НПО Машиностроение (Реутов). Ноември тази година е посочен като начална дата за летателно-проектни изпитания на атомната електроцентрала. Най-важните елементи и системи ще трябва да бъдат тествани, включително на борда на МКС.
Работата на новия руски ядрен двигател протича в затворен цикъл, което напълно изключва навлизането на радиоактивни вещества в околното пространство. Масата и общите характеристики на основните елементи на електроцентралата осигуряват използването й със съществуващите вътрешни ракети-носители Proton и Angara.
Първият етап е отричането
Германският експерт в областта на ракетната техника Роберт Шмукер смята твърденията на В. Путин за напълно неправдоподобни. „Не мога да си представя, че руснаците могат да създадат малък летящ реактор“, каза експертът в интервю за Deutsche Welle.
Могат, хер Шмукер. Просто си представи.
Първият домашен спътник с атомна електроцентрала (Космос-367) беше изстрелян от Байконур през 1970 г. 37 горивни касети на малогабаритния реактор BES-5 Buk, съдържащи 30 kg уран, при температура в първи контур 700°C и топлоотделяне 100 kW осигуряват електрическа мощност на инсталацията от 3 kW. Масата на реактора е по-малка от един тон, прогнозното време за работа е 120-130 дни.
Експертите ще изразят съмнения: тази ядрена „батерия“ има твърде малко мощност ... Но! Гледаш датата: беше преди половин век.
Ниска ефективност - следствие от термоелектронно преобразуване. При други форми на пренос на енергия показателите са много по-високи, например за атомни електроцентрали стойността на ефективността е в диапазона 32-38%. В този смисъл особен интерес представлява топлинната мощност на "космическия" реактор. 100 kW е сериозна заявка за победа.
Трябва да се отбележи, че BES-5 Buk не принадлежи към семейството RTG. Радиоизотопните термоелектрически генератори преобразуват енергията на естествения разпад на атомите на радиоактивните елементи и имат незначителна мощност. В същото време Бук е истински реактор с контролирана верижна реакция.
Следващото поколение съветски малогабаритни реактори, които се появиха в края на 80-те години, се отличаваха с още по-малки размери и по-голямо освобождаване на енергия. Това беше уникалният "Топаз": в сравнение с "Бук" количеството уран в реактора беше намалено три пъти (до 11,5 кг). Топлинната мощност се увеличи с 50% и възлиза на 150 kW, времето на непрекъсната работа достигна 11 месеца (реактор от този тип беше инсталиран на борда на разузнавателния спътник Космос-1867).
Ядрените космически реактори са извънземна форма на смърт. В случай на загуба на контрол, „падащата звезда“ не изпълняваше желания, но можеше да освободи греховете си на „късметлиите“.
През 1992 г. двете останали копия на малките реактори от серията Topaz бяха продадени в Съединените щати за 13 милиона долара.
Основният въпрос е: има ли достатъчно мощност, за да могат такива инсталации да се използват като ракетни двигатели? Чрез преминаване на работната течност (въздух) през горещата активна зона на реактора и получаване на тяга на изхода според закона за запазване на импулса.
Отговор: не. Бук и Топаз са компактни АЕЦ. Необходими са други средства за създаване на YRD. Но общата тенденция се вижда с просто око. Компактните атомни електроцентрали отдавна са създадени и съществуват на практика.
Каква мощност трябва да има ядрена електроцентрала, за да се използва като основен двигател за крилата ракета, подобна по размер на Х-101?
Не можете да си намерите работа? Умножете времето по мощност!
(Колекция от универсални съвети.)
Намирането на мощност също не е трудно. N=F×V.
По официални данни крилатите ракети Xa-101, както и КР от семейство Калибър, са оборудвани с малотраен турбовентилаторен двигател-50, който развива тяга от 450 kgf (≈ 4400 N). Крейсерска скорост на крилата ракета - 0,8 M, или 270 m / s. Идеалната конструктивна ефективност на турбореактивен байпасен двигател е 30%.
В този случай необходимата мощност на двигателя на крилата ракета е само 25 пъти по-висока от топлинната мощност на реактора от серията Topaz.
Въпреки съмненията на германския експерт, създаването на ядрен турбореактивен (или прямоточен) ракетен двигател е реалистична задача, която отговаря на изискванията на нашето време.
Ракета от ада
„Всичко е изненада – крилата ракета с ядрен двигател“, каза Дъглас Бари, старши. изследователМеждународен институт за стратегически изследвания в Лондон. „Тази идея не е нова, за нея се говореше през 60-те години, но се изправи пред много пречки.“
Не само се говореше. По време на изпитанията през 1964 г. ядреният прямореактивен двигател Tori-IIC развива тяга от 16 тона при топлинна мощност на реактора от 513 MW. Симулирайки свръхзвуков полет, инсталацията изразходва 450 тона сгъстен въздух за пет минути. Реакторът е проектиран много "горещ" - работна температурав ядрото достигна 1600°C. Дизайнът имаше много тесни допуски: в редица области допустимата температура беше само 150-200 ° C под температурата, при която елементите на ракетата се стопиха и се сринаха.
Достатъчни ли бяха тези показатели за практическото използване на ЯПВРД като двигател? Отговорът е очевиден.
Ядреният въздушно-реактивен двигател развива по-голяма (!) тяга от турбореактивния двигател на „трикрилия“ разузнавателен самолет SR-71 „Черна птица“.
"Полигон-401", тестове на ядрен ПВРД
Експерименталните установки "Tori-IIA" и "-IIC" са прототипи на ядрения двигател на крилатата ракета SLAM.
Дяволско изобретение, способно, според изчисленията, да пробие 160 000 км пространство от минимална височинасъс скорост 3M. Буквално „покоси“ всеки, който се срещна по нейния траурен път с ударна вълна и гръмотевичен удар от 162 dB (смъртоносен за човек).
Реакторът на бойния самолет не е имал никаква биологична защита. Спуканите тъпанчета след прелитането на SLAM биха изглеждали незначително обстоятелство на фона на радиоактивните емисии от соплото на ракетата. Летящото чудовище остави след себе си шлейф с ширина повече от километър с радиационна доза 200-300 рад. Според изчисленията, за един час полет SLAM е заразил 1800 квадратни мили със смъртоносна радиация.
Според изчисленията дължината самолетможе да достигне 26 метра. Начално тегло - 27 тона. Боен товар - термоядрени заряди, които трябваше последователно да бъдат хвърлени върху няколко съветски града по траекторията на полета на ракетата. След като изпълни основната задача, SLAM трябваше да кръжи над територията на СССР още няколко дни, заразявайки всичко наоколо с радиоактивни емисии.
Може би най-смъртоносният от всички, които човек се е опитал да създаде. За щастие не се стигна до реални изстрелвания.
Проектът с кодово име Плутон е прекратен на 1 юли 1964 г. В същото време, според един от разработчиците на SLAM Дж. Крейвън, никой от военното и политическото ръководство на Съединените щати не съжалява за решението.
Причината за изоставянето на „нисколетящата ядрена ракета“ беше разработването на междуконтинентални балистични ракети. Способен да причини необходимите щети за по-кратко време с несравними рискове за самите военни. Както правилно отбелязаха авторите на публикацията в списание Air & Space: междуконтиненталните балистични ракети поне не убиха всички, които бяха близо до ракетата-носител.
Все още не е известно кой, къде и как е планирал да тества демона. И кой би бил отговорен, ако SLAM се отклони от курса и прелети над Лос Анджелис. Едно от лудите предложения предполагаше ракетата да се завърже на кабел и да се кара в кръгове над безлюдните зони на парчето. Невада. Но веднага възникна друг въпрос: какво да правим с ракетата, когато последните остатъци от гориво изгорят в реактора? Мястото, където ще „кацне“ SLAM, няма да се доближава векове наред.
Живот или смърт. Окончателен избор
За разлика от мистичния „Плутон“ от 50-те години на миналия век, проектът за съвременна ядрена ракета, озвучен от В. Путин, предлага създаването на ефективно средство за пробив на американската система за ПРО. Средствата за взаимно гарантирано унищожение са най-важният критерий за ядрено възпиране.
Трансформацията на класическата „ядрена триада“ в дяволска „пентаграма“ - с включването на ново поколение превозни средства за доставка (ядрени крилати ракети с неограничен обсег и стратегически ядрени торпеда със статус 6), съчетано с модернизацията на бойните глави на междуконтиненталните балистични ракети ( маневриране на Авангард) е разумен отговор на нови заплахи. Политиката на Вашингтон за противоракетна отбрана не оставя на Москва друг избор.
„Вие разработвате своите противоракетни системи. Обхватът на противоракетите се увеличава, точността нараства, тези оръжия се усъвършенстват. Затова трябва да отговорим адекватно на това, за да можем да преодолеем системата не само днес, но и утре, когато имате нови оръжия.
В. Путин в интервю за NBC.
Разсекретените подробности от експериментите SLAM/Pluto убедително доказват, че създаването на ядрена крилата ракета е било възможно (технически осъществимо) преди шест десетилетия. Съвременни технологииви позволява да изведете идеята на ново техническо ниво.
Мечът ръждясва от обещания
Въпреки масата очевидни факти, обясняващи причините за появата на „супероръжието на президента“ и разсейващи всякакви съмнения относно „невъзможността“ за създаване на такива системи, както в Русия, така и в чужбина, има много скептици. „Всички изброени оръжия са само средство за информационна война. И тогава - разнообразие от предложения.
Вероятно карикатурни "експерти" като И. Моисеев не трябва да се приемат на сериозно. Ръководителят на Института за космическа политика (?), който каза на онлайн изданието The Insider: „Не можете да поставите ядрен двигател на крилата ракета. Да, и няма такива двигатели.
Опити за "разобличаване" на изявленията на президента се правят и на по-сериозно аналитично ниво. Подобни „разследвания“ веднага печелят популярност сред либерално настроената публика. Скептиците излагат следните аргументи.
Всички споменати по-горе системи са класифицирани като стратегически свръхсекретни оръжия, чието съществуване не може да бъде проверено или отречено. (Самото съобщение до Федералното събрание показва компютърна графика и кадри от изстрелвания, неразличими от тестове на други видове крилати ракети.) В същото време никой не говори например за създаване на тежък ударен дронили военен корабклас разрушител. Оръжие, което скоро ще трябва да бъде демонстрирано на целия свят.
Според някои "доносници" чисто стратегическият, "таен" контекст на съобщенията може да показва техния неправдоподобен характер. Е, ако това е основният аргумент, тогава за какво е спорът с тези хора?
Има и друга гледна точка. Шокиращите за ядрените ракети и безпилотните 100-възелни подводници са направени на фона на очевидни проблеми на военно-промишления комплекс, срещани при внедряването на повече прости проекти"традиционни" оръжия. Твърденията за ракети, които веднага надминават всички съществуващи видове оръжия, са в рязък контраст на фона на добре познатата ситуация с ракетната наука. Скептиците дават като пример масови неуспехи по време на изстрелванията на "Булава" или създаването на ракетата-носител "Ангара", което се проточи вече две десетилетия. Самата тя започва през 1995 г.; Говорейки през ноември 2017 г., вицепремиерът Д. Рогозин обеща да възобнови изстрелванията на Ангара от космодрума Восточни едва през ... 2021 г.
И, между другото, защо Циркон, главната военноморска сензация на предходната година, остана без внимание? Хиперзвукова ракета, която може да зачеркне всички съществуващи концепции за военноморски бой.
Новината за пристигането на лазерни системи във войските привлече вниманието на производителите на лазерни системи. Съществуващите примери за оръжия с насочена енергия са създадени на базата на обширни изследвания и разработки на високотехнологично оборудване за гражданския пазар. Например американската корабна инсталация AN/SEQ-3 LaWS представлява „пакет” от шест заваръчни лазера с обща мощност 33 kW.
Съобщението за създаването на супермощен боен лазер контрастира на фона на много слаба лазерна индустрия: Русия не е сред най-големите производители в света лазерно оборудване(Coherent, IPG Photonics или китайската Хан „Лазерна технология“). Ето защо внезапната поява на образци на мощни лазерни оръжия е от истински интерес за специалистите.
Винаги има повече въпроси, отколкото отговори. Дяволът обаче е в детайлите официални източницидават изключително лоша представа за най-новите оръжия. Често дори не е ясно дали системата вече е готова за внедряване или развитието й е на определен етап. Известните прецеденти, свързани със създаването на подобни оръжия в миналото, показват, че проблемите, произтичащи от това, не се решават с едно щракване с пръст. Феновете на техническите иновации са загрижени за избора на място за тестване на космически кораб с ядрен двигател. Или начини за комуникация с подводния дрон Status-6 (основен проблем: радиокомуникацията не работи под вода, подводниците са принудени да се издигат на повърхността по време на комуникационни сесии). Би било интересно да чуете обяснение как да го използвате: в сравнение с традиционните междуконтинентални балистични ракети и БРПЛ, които могат да започнат и прекратят война в рамките на един час, на Status-6 ще са необходими няколко дни, за да достигне брега на САЩ. Когато няма никой друг!
Последната битка приключи.
Останал ли е някой жив?
В отговор - само вой на вятъра ...
Използване на материали:
Списание Air&Space (април-май 1990 г.)
Тихата война от Джон Крейвън
Пазете се от много букви.
Летателен модел на космически кораб с атомна електроцентрала (АЕЦ) в Русия се планира да бъде създаден до 2025 г. Съответната работа е включена в проекта на Федералната космическа програма за 2016–2025 г. (ФКП-25), който беше изпратен от Роскосмос до министерствата за одобрение.
Ядрените енергийни системи се считат за основните обещаващи източници на енергия в космоса при планирането на мащабни междупланетни експедиции. В бъдеще атомните електроцентрали, които в момента се разработват от предприятията на Росатом, ще могат да осигурят мегаватова мощност в космоса в бъдеще.
Цялата работа по създаването на атомни електроцентрали върви в съответствие с планираните срокове. С голяма увереност можем да кажем, че работата ще бъде завършена в сроковете, предвидени в целевата програма, - казва Андрей Иванов, ръководител на проекта на отдела за комуникации на държавната корпорация "Росатом".
Наскоро проектът завърши две крайъгълни камъни: създаден е уникален дизайн на горивния елемент, който осигурява работоспособност при високи температури, големи температурни градиенти и високи дози облъчване. Успешно приключиха и технологичните изпитания на корпуса на реактора на бъдещия космически енергоблок. Като част от тези тестове, каросерията беше поставена под налягане и бяха направени 3D измервания в областите на основния метал, заваръчния шев и конусния преход.
Принцип на действие. История на създаването.
Няма фундаментални трудности с ядрен реактор за използване в космоса. В периода от 1962 до 1993 г. у нас е натрупан богат опит в производството на подобни инсталации. Подобна работа е извършена в САЩ. От началото на 60-те години на миналия век в света са разработени няколко типа електрически реактивни двигатели: йонни, стационарни плазмени, двигатели с аноден слой, импулсни плазмени двигатели, магнитоплазмени, магнитоплазмодинамични.
Работата по създаването на ядрени двигатели за космически кораби се извършва активно в СССР и САЩ през миналия век: американците затвориха проекта през 1994 г., СССР - през 1988 г. Затварянето на работата беше до голяма степен улеснено от катастрофата в Чернобил, която се отрази негативно обществено мнениеотносно използването на ядрена енергия. Освен това тестовете на ядрени инсталации в космоса не винаги се провеждат редовно: през 1978 г. съветският спътник Космос-954 навлиза в атмосферата и се разпада, разпръсквайки хиляди радиоактивни фрагменти върху площ от 100 хиляди квадратни метра. км в северозападна Канада. Съветският съюз плати на Канада парично обезщетениенад 10 милиона долара.
През май 1988 г. две организации - Федерацията на американските учени и Комитетът на съветските учени за мир срещу ядрената заплаха - направиха съвместно предложение за забрана на използването на ядрена енергия в космоса. Това предложение не получи официални последствия, но оттогава никоя страна не е изстреляла космически кораб с атомни електроцентрали на борда.
Големите предимства на проекта са практически важни експлоатационни характеристики - дълъг експлоатационен живот (10 години експлоатация), значителен междуремонтен интервал и дълго време на работа на един ключ.
През 2010 г. бяха формулирани технически предложения за проекта. Проектирането започна тази година.
Атомната електроцентрала съдържа три основни устройства: 1) реакторна инсталация с работен флуид и спомагателни устройства (топлообменник-рекуператор и турбогенератор-компресор); 2) електрическа ракетна двигателна система; 3) хладилник-емитер.
Реактор.
От физическа гледна точка това е компактен реактор с газово охлаждане на бързи неутрони.
Използваното гориво е съединение (диоксид или карбонитрид) на уран, но тъй като конструкцията трябва да е много компактна, уранът има по-високо обогатяване на изотопа 235, отколкото в горивните пръти в конвенционалните (цивилни) атомни електроцентрали, може би над 20%. И черупката им е монокристална сплав от огнеупорни метали на основата на молибден.
Това гориво ще трябва да работи при много високи температури. Ето защо беше необходимо да се изберат материали, които да могат да ограничат негативните фактори, свързани с температурата, и в същото време да позволят на горивото да изпълнява основната си функция - да загрява охлаждащата течност, която ще се използва за производство на електричество.
Хладилник.
Охлаждането на газа по време на работа на ядрена инсталация е абсолютно необходимо. Как да изхвърлим топлината в космоса? Единствената възможност е радиационно охлаждане. Нагрятата повърхност в празното пространство се охлажда чрез излъчване на електромагнитни вълни в широк диапазон, включително видима светлина. Уникалността на проекта е в използването на специална охлаждаща течност - хелиево-ксенонова смес. Инсталацията осигурява висока ефективност.
Двигател.
Принципът на действие на йонния двигател е следният. В газоразрядната камера се създава разредена плазма с помощта на аноди и катоден блок, разположени в магнитно поле. Йоните на работния флуид (ксенон или друго вещество) се "изтеглят" от него от емисионния електрод и се ускоряват в пролуката между него и ускоряващия електрод.
За изпълнението на плана бяха обещани 17 милиарда рубли в периода от 2010 до 2018 г. От тези средства 7,245 милиарда рубли са предназначени за държавната корпорация "Росатом" за изграждането на самия реактор. Други 3,955 милиарда - FSUE "Център на Келдиш" за създаването на ядрено-електроцентрала. Други 5,8 милиарда рубли ще отидат в RSC Energia, където в същия срок ще трябва да се формира работният образ на целия транспортен и енергиен модул.
Според плановете до края на 2017 г. ще бъде подготвена атомна електроцентрала за завършване на транспортно-енергийния модул (модул за междупланетен полет). До края на 2018 г. атомната електроцентрала ще бъде готова за летателно-проектни изпитания. Проектът се финансира от федералния бюджет.
Не е тайна, че работата по създаването на ядрени ракетни двигатели е започнала в САЩ и в СССР още през 60-те години на миналия век. Докъде са стигнали? И какви предизвикателства срещнахте по пътя?
Анатолий Коротеев: Наистина работата по използването на ядрената енергия в космоса започна и се провежда активно у нас и в САЩ през 60-те и 70-те години на миналия век.
Първоначално задачата беше да се създаде ракетни двигатели, който вместо химическата енергия на изгаряне на горивото и окислителя ще използва нагряването на водорода до температура от около 3000 градуса. Но се оказа, че такъв пряк път все още е неефективен. Получаваме висока тяга за кратко време, но в същото време изхвърляме струя, която при ненормална работа на реактора може да се окаже радиоактивно замърсена.
Беше натрупан известен опит, но тогава нито ние, нито американците успяхме да създадем надеждни двигатели. Работиха, но не достатъчно, защото нагряването на водород до 3000 градуса в ядрен реактор е сериозна задача. Освен това по време на наземните тестове на такива двигатели имаше екологични проблеми, тъй като в атмосферата бяха изхвърлени радиоактивни струи. Вече не е тайна, че такава работа е извършена на специално подготвения за ядрени опити полигон Семипалатинск, който остана в Казахстан.
Тоест два параметъра се оказаха критични - забранителната температура и радиационните емисии?
Анатолий Коротеев: Като цяло да. Поради тези и някои други причини работата у нас и в САЩ беше прекратена или спряна - може да се оцени по различни начини. И ни се стори неразумно да ги възобновяваме по такъв начин, бих казал, фронтално, за да направим ядрен двигател с всички вече споменати недостатъци. Ние предложихме съвсем различен подход. Той се различава от стария по същия начин, по който хибридният автомобил се различава от конвенционалния. При конвенционалната кола двигателят завърта колелата, докато при хибридните автомобили електричеството се генерира от двигателя и това електричество завърта колелата. Тоест, създава се определена междинна електроцентрала.
Затова предложихме схема, при която космическият реактор не загрява изхвърлената от него струя, а генерира електричество. Горещият газ от реактора върти турбината, турбината върти електрическия генератор и компресора, който циркулира работния флуид през затворена верига. Генераторът, от друга страна, генерира електричество за плазмен двигател със специфична тяга 20 пъти по-висока от тази на химическите аналогове.
Интелигентна схема. По същество това е мини-ядрена електроцентрала в космоса. И какви са предимствата му пред полуреактивен ядрен двигател?
Анатолий Коротеев: Основното е, че струята, излизаща от новия двигател, няма да бъде радиоактивна, тъй като през реактора преминава съвсем друга работна течност, която се съдържа в затворен кръг.
Освен това не е необходимо да загряваме водорода до екстремни стойности с тази схема: в реактора циркулира инертен работен флуид, който се нагрява до 1500 градуса. Ние сериозно опростяваме задачата си. И в резултат на това ще увеличим специфичната тяга не два пъти, а 20 пъти в сравнение с химическите двигатели.
Друго нещо също е важно: няма нужда от сложни пълномащабни тестове, които изискват инфраструктурата на бившия полигон Семипалатинск, по-специално стендовата база, останала в град Курчатов.
В нашия случай всички необходими тестове могат да бъдат извършени на територията на Русия, без да се включваме в дълги международни преговори за използване на ядрената енергия извън нашата държава.
Извършват ли се подобни дейности в други страни?
Анатолий Коротеев: Имах среща със заместник-ръководителя на НАСА, обсъдихме въпроси, свързани с връщането на работата по ядрената енергия в космоса, и той каза, че американците проявяват голям интерес към това.
Напълно възможно е и Китай да отговори с активни действия от своя страна, така че трябва да се работи бързо. И не само за да изпреварите някого с половин крачка.
Трябва да работим бързо, на първо място, така че в оформящото се международно сътрудничество, а то де факто се формира, да изглеждаме достойни.
Не изключвам в близко бъдеще да започне международна програма за ядрена космическа електроцентрала, подобна на изпълняваната в момента програма за контролиран термоядрен синтез.
Обръща се с послание към Федералното събрание. Тази част от речта му, която засяга въпросите на отбраната, стана предмет на оживена дискусия. Държавният глава представи нови оръжия.
Говорим за поставяне на малогабаритна тежкотоварна атомна електроцентрала в корпуса на крилатата ракета въздух-земя Х-101.
militaryrussia.ru Крилатата ракета X-101 Тъй като такава ракета, носеща ядрена бойна глава, няма ограничение на обхвата на полета и траекторията й не може да бъде предвидена, тя отрича ефективността на всяка противоракетна отбрана и противовъздушна отбрана и следователно има потенциала да причиняват непоправими щети на която и да е страна по света. По думите на президента в края на 2017 г. това оръжие е преминало успешни изпитания. И няма нищо подобно никъде другаде по света.
Някои западни медии бяха скептични относно изнесената от Путин информация. Така определен американски служител, който познава състоянието на руския военно-промишлен комплекс, в разговор с CNN изрази съмнение, че описаното оръжие съществува. Събеседникът на агенцията каза, че САЩ са наблюдавали малък брой руски тестове на ядрена крилата ракета и са видели всички аварии, които ги съпътстват. „Във всеки случай, ако Русия някога нападне САЩ, това ще бъде посрещнато със смазваща сила“, заключи служителят.
Експертите в Русия също не останаха настрана. Така The Insider взе коментар от ръководителя на Института по космически проблеми Иван Моисеев, който смята, че една крилата ракета не може да има ядрен двигател.
„Такива неща са невъзможни и по принцип не са необходими. Невъзможно е да се постави ядрен двигател на крилата ракета. Да, и няма такива двигатели. Има един такъв двигател от мегаватов клас, който е в процес на разработка, но той е космически и, разбира се, не могат да се провеждат никакви тестове през 2017 г. ”, каза Моисеев пред изданието.
„Имаше подобни разработки в Съветския съюз, но всички идеи за поставяне на ядрени двигатели на въздушни, а не на космически превозни средства – самолети, крилати ракети – бяха отхвърлени през 50-те години на миналия век“, добави той.
СССР имаше атомни електроцентрали за ракети. Работата по тяхното създаване започва през 1947 г. Америка не изостана от СССР. През 1961 г. Джон Ф. Кенеди нарече ядрената ракетна програма една от четирите приоритетни областив завладяването на космоса. Но тъй като финансирането беше насочено към лунната програма, нямаше достатъчно пари за разработване на ядрен двигател и програмата беше затворена.
За разлика от Съединените щати, Съветският съюз продължи да работи върху ядрени двигатели. Те са разработени от учени като Мстислав Келдиш, Игор Курчатов и Сергей Королев, които, за разлика от експерт от Института по космически проблеми, оценяват доста високо възможностите за създаване на ракети с ядрени източници на енергия.
През 1978 г. е пуснат първият ядрен ракетен двигател 11B91, последван от още две серии тестове - второто и третото превозно средство 11B91-IR-100.
С една дума, СССР имаше сателити с ядрени източници на енергия. На 24 януари 1978 г. избухва огромен международен скандал. Космос-954, съветски сателит за космическо разузнаване с ядрена мощност, се разби в Канада. електроцентралана борда. Част от териториите бяха признати за радиоактивно замърсени. Пострадали сред населението няма. Оказа се, че сателитът е наблюдаван отблизо от американското разузнаване, което знае, че устройството има ядрен източник на енергия.
Заради скандала СССР трябваше да се откаже от изстрелването на такива спътници за почти три години и сериозно да подобри системата за радиационна безопасност.
На 30 август 1982 г. от Байконур е изстрелян друг шпионски спътник с ядрен двигател Космос-1402. След изпълнение на задачата устройството беше унищожено от системата за радиационна безопасност на реактора, която преди това отсъстваше.
След разпадането на Съветския съюз всички разработки бяха изоставени. Но очевидно преди време те бяха възобновени.