Sergeev Alexey ชั้น 9 “A” สถาบันการศึกษาเทศบาล “โรงเรียนมัธยมหมายเลข 84”

ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์: รองผู้อำนวยการความร่วมมือไม่แสวงหาผลกำไรสำหรับกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์และนวัตกรรม "Tomsk Atomic Center"

หัวหน้า: , ครูสอนฟิสิกส์, สถาบันการศึกษาเทศบาล “โรงเรียนมัธยมหมายเลข 84” CATO Seversk

การแนะนำ

ระบบขับเคลื่อนบนยานอวกาศได้รับการออกแบบเพื่อสร้างแรงผลักดันหรือโมเมนตัม ตามประเภทของแรงขับที่ใช้ ระบบขับเคลื่อน แบ่งออกเป็นแบบเคมี (CHRD) และแบบไม่ใช้สารเคมี (NCRD) CRD แบ่งออกเป็นเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว (LPRE) เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง) และเครื่องยนต์จรวดรวม (RCR) ในทางกลับกัน ระบบขับเคลื่อนที่ไม่ใช้สารเคมีจะถูกแบ่งออกเป็นนิวเคลียร์ (NRE) และไฟฟ้า (EP) นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนได้สร้างแบบจำลองแรกของระบบขับเคลื่อนที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งและของเหลว หลังจากนั้น ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีการบินหลายพันเที่ยวโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเป็นหลัก

อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน สำหรับเที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น ไม่ต้องพูดถึงดวงดาว การใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเริ่มไม่เกิดประโยชน์มากขึ้น แม้ว่าจะมีการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดจำนวนมากก็ตาม เป็นไปได้มากว่าความสามารถของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งได้หมดไปโดยสิ้นเชิง เหตุผลก็คือแรงกระตุ้นเฉพาะของตัวขับดันสารเคมีทั้งหมดมีค่าต่ำและไม่เกิน 5,000 m/s ซึ่งต้องใช้การทำงานของตัวขับดันในระยะยาว และด้วยเหตุนี้ จึงต้องมีเชื้อเพลิงสำรองจำนวนมากสำหรับการพัฒนาความเร็วสูงที่เพียงพอ หรือ ตามธรรมเนียมในอวกาศอวกาศจำเป็นต้องมีค่าจำนวนมากของหมายเลข Tsiolkovsky เช่น อัตราส่วนของมวลของจรวดที่เติมเชื้อเพลิงต่อมวลของจรวดว่างเปล่า ดังนั้น ยานปล่อยพลังงาน Energia ซึ่งปล่อยน้ำหนักบรรทุก 100 ตันสู่วงโคจรต่ำ มีมวลการปล่อยประมาณ 3,000 ตัน ซึ่งทำให้ตัวเลข Tsiolkovsky มีค่าภายใน 30

ตัวอย่างเช่นสำหรับเที่ยวบินไปยังดาวอังคาร หมายเลข Tsiolkovsky ควรสูงกว่านี้โดยมีค่าตั้งแต่ 30 ถึง 50 เป็นเรื่องง่ายที่จะประมาณว่าด้วยน้ำหนักบรรทุกประมาณ 1,000 ตัน และอยู่ภายในขีดจำกัดเหล่านี้ที่มวลขั้นต่ำ จำเป็นต้องจัดหาทุกสิ่งที่จำเป็นสำหรับลูกเรือที่เริ่มต้นสู่ดาวอังคารแตกต่างกันไป โดยคำนึงถึงปริมาณเชื้อเพลิงสำหรับการบินกลับโลก มวลเริ่มต้นของยานอวกาศจะต้องมีอย่างน้อย 30,000 ตัน ซึ่งอยู่นอกเหนือระดับการพัฒนาของอวกาศอวกาศสมัยใหม่อย่างชัดเจน ขึ้นอยู่กับการใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง

ดังนั้น เพื่อให้ลูกเรือที่มีคนขับสามารถเข้าถึงดาวเคราะห์ที่ใกล้ที่สุดได้ จำเป็นต้องพัฒนายานปล่อยจรวดโดยใช้เครื่องยนต์ที่ทำงานบนหลักการอื่นนอกเหนือจากการขับเคลื่อนด้วยสารเคมี สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดในเรื่องนี้คือเครื่องยนต์ไอพ่นไฟฟ้า (EPE) เครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมี และเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ (NRE)

1.แนวคิดพื้นฐาน

เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นที่ไม่ใช้สิ่งแวดล้อม (อากาศ น้ำ) ในการดำเนินงาน เครื่องยนต์จรวดเคมีมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เครื่องยนต์จรวดประเภทอื่นๆ กำลังได้รับการพัฒนาและทดสอบ - ไฟฟ้า, นิวเคลียร์ และอื่นๆ เครื่องยนต์จรวดที่ง่ายที่สุดที่ทำงานด้วยก๊าซอัดยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานีอวกาศและยานพาหนะอีกด้วย โดยปกติแล้วจะใช้ไนโตรเจนเป็นสารทำงาน /1/

การจำแนกประเภทของระบบขับเคลื่อน

2. วัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์จรวด

ตามวัตถุประสงค์ เครื่องยนต์จรวดแบ่งออกเป็นหลายประเภทหลัก: การเร่ง (สตาร์ท) การเบรก การขับเคลื่อน การควบคุม และอื่น ๆ เครื่องยนต์จรวดใช้กับจรวดเป็นหลัก (จึงเป็นที่มาของชื่อ) นอกจากนี้บางครั้งเครื่องยนต์จรวดยังถูกนำมาใช้ในการบินอีกด้วย เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องยนต์หลักในอวกาศ

ขีปนาวุธทางทหาร (ต่อสู้) มักจะมีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวถูกเติมเชื้อเพลิงที่โรงงานและไม่ต้องการการบำรุงรักษาตลอดระยะเวลาการจัดเก็บและอายุการใช้งานของจรวด เครื่องยนต์จรวดแข็งมักใช้เป็นตัวกระตุ้นสำหรับจรวดอวกาศ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในด้านนี้ในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น และจีน

เครื่องยนต์จรวดเหลวมีลักษณะแรงขับสูงกว่าเครื่องยนต์จรวดแบบแข็ง ดังนั้นจึงใช้ในการส่งจรวดอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกและสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์ เชื้อเพลิงเหลวหลักสำหรับจรวด ได้แก่ น้ำมันก๊าด เฮปเทน (ไดเมทิลไฮดราซีน) และไฮโดรเจนเหลว สำหรับเชื้อเพลิงประเภทนี้จำเป็นต้องใช้ตัวออกซิไดเซอร์ (ออกซิเจน) กรดไนตริกและออกซิเจนเหลวถูกใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์ในเครื่องยนต์ดังกล่าว กรดไนตริกมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ได้ดีกว่าออกซิเจนเหลว แต่ไม่จำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิพิเศษระหว่างการเก็บรักษา การเติมเชื้อเพลิง และการใช้ขีปนาวุธ

เครื่องยนต์สำหรับการบินในอวกาศแตกต่างจากเครื่องยนต์บนโลกตรงที่ต้องผลิตพลังงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยมีมวลและปริมาตรน้อยที่สุด นอกจากนี้ ยังต้องปฏิบัติตามข้อกำหนด เช่น ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงเป็นพิเศษ และเวลาปฏิบัติงานที่สำคัญ ขึ้นอยู่กับประเภทของพลังงานที่ใช้ ระบบขับเคลื่อนยานอวกาศแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: เคมีร้อน นิวเคลียร์ ไฟฟ้า และเรือใบสุริยะ แต่ละประเภทที่ระบุไว้มีข้อดีและข้อเสียของตัวเองและสามารถใช้ได้ในบางเงื่อนไข

ปัจจุบัน ยานอวกาศ สถานีวงโคจร และดาวเทียมโลกไร้คนขับถูกปล่อยสู่อวกาศด้วยจรวดที่ติดตั้งเครื่องยนต์เทอร์โมเคมีอันทรงพลัง นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีแรงขับต่ำอีกด้วย นี่เป็นสำเนาเครื่องยนต์ทรงพลังขนาดเล็ก บางส่วนสามารถวางบนฝ่ามือของคุณได้ แรงขับของเครื่องยนต์ดังกล่าวมีขนาดเล็กมาก แต่ก็เพียงพอที่จะควบคุมตำแหน่งของเรือในอวกาศได้

3.เครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมี

เป็นที่ทราบกันดีว่าในเครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งเป็นเตาเผาของหม้อต้มไอน้ำ - ไม่ว่าจะเกิดการเผาไหม้ที่ไหน ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศจะมีส่วนร่วมมากที่สุด ไม่มีอากาศในอวกาศ และสำหรับเครื่องยนต์จรวดที่จะทำงานในอวกาศ จำเป็นต้องมีองค์ประกอบสองส่วน ได้แก่ เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์

เครื่องยนต์จรวดเคมีเทอร์โมเคมีเหลวใช้แอลกอฮอล์ น้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน อะนิลีน ไฮดราซีน ไดเมทิลไฮดราซีน และไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง ออกซิเจนเหลว ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และกรดไนตริกถูกใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ บางทีฟลูออรีนเหลวในอนาคตอาจถูกนำมาใช้เป็นสารออกซิไดซ์เมื่อมีการคิดค้นวิธีการจัดเก็บและใช้สารเคมีออกฤทธิ์ดังกล่าว

เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์สำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นเหลวจะถูกจัดเก็บแยกต่างหากในถังพิเศษและจ่ายให้กับห้องเผาไหม้โดยใช้ปั๊ม เมื่อรวมเข้าด้วยกันในห้องเผาไหม้ อุณหภูมิจะสูงถึง 3000 – 4500 °C

ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ ขยายตัว รับความเร็วตั้งแต่ 2,500 ถึง 4,500 ม./วินาที เมื่อผลักออกจากตัวเครื่องยนต์ พวกมันจะสร้างแรงขับไอพ่น ในเวลาเดียวกัน ยิ่งมวลและความเร็วของการไหลของก๊าซมากเท่าใด แรงขับของเครื่องยนต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

แรงขับจำเพาะของเครื่องยนต์มักจะประมาณโดยปริมาณแรงขับที่สร้างขึ้นต่อหน่วยมวลของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ในหนึ่งวินาที ปริมาณนี้เรียกว่าแรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์จรวด และมีหน่วยวัดเป็นวินาที (แรงขับกิโลกรัม / กิโลกรัมเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ต่อวินาที) เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนที่เป็นของแข็งที่ดีที่สุดมีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงถึง 190 วินาที กล่าวคือ การเผาไหม้เชื้อเพลิง 1 กิโลกรัมในหนึ่งวินาทีสร้างแรงขับ 190 กิโลกรัม เครื่องยนต์จรวดไฮโดรเจน-ออกซิเจนมีแรงกระตุ้นจำเพาะ 350 วินาที ตามทฤษฎีแล้ว เครื่องยนต์ไฮโดรเจน-ฟลูออรีนสามารถพัฒนาแรงกระตุ้นจำเพาะได้มากกว่า 400 วินาที

วงจรเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ใช้กันทั่วไปทำงานดังนี้ ก๊าซอัดจะสร้างแรงดันที่จำเป็นในถังด้วยเชื้อเพลิงแช่แข็งเพื่อป้องกันการเกิดฟองก๊าซในท่อ ปั๊มจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์จรวด เชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ผ่านหัวฉีดจำนวนมาก ตัวออกซิไดเซอร์จะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ผ่านหัวฉีดด้วย

ในรถยนต์ทุกคัน เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ จะเกิดกระแสความร้อนขนาดใหญ่ที่ทำให้ผนังเครื่องยนต์ร้อนขึ้น หากคุณไม่ทำให้ผนังห้องเย็นลงมันจะไหม้อย่างรวดเร็วไม่ว่าจะทำจากวัสดุใดก็ตาม โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์ไอพ่นเหลวจะถูกระบายความร้อนด้วยส่วนประกอบเชื้อเพลิงอย่างใดอย่างหนึ่ง เพื่อจุดประสงค์นี้ห้องนี้จึงประกอบด้วยผนังสองด้าน ส่วนประกอบเย็นของเชื้อเพลิงจะไหลอยู่ในช่องว่างระหว่างผนัง

อะลูมิเนียม" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">อะลูมิเนียม ฯลฯ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นสารเติมแต่งสำหรับเชื้อเพลิงทั่วไป เช่น ไฮโดรเจน-ออกซิเจน “องค์ประกอบแบบไตรภาค” ดังกล่าวสามารถให้ความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับสารเคมี ไอเสียของเชื้อเพลิง - สูงถึง 5 กม. / วินาที แต่นี่เป็นขีด จำกัด ของทรัพยากรทางเคมี ในทางปฏิบัติไม่สามารถทำอะไรได้มากกว่านี้ แม้ว่าคำอธิบายที่เสนอยังคงถูกครอบงำโดยเครื่องยนต์จรวดเหลว แต่ก็ต้องบอกว่าเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ ของมนุษยชาติถูกสร้างขึ้นเครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมีโดยใช้เชื้อเพลิงแข็ง - มอเตอร์จรวดจรวดแข็ง เชื้อเพลิง - ตัวอย่างเช่นดินปืนพิเศษ - ตั้งอยู่ในห้องเผาไหม้โดยตรง ห้องเผาไหม้ที่มีหัวฉีดเจ็ทที่เต็มไปด้วยเชื้อเพลิงแข็ง - นั่นคือการออกแบบทั้งหมด โหมดการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงแข็งขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง (ตัวปล่อย ตัวค้ำจุน หรือแบบรวมกัน) สำหรับจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่ใช้ในกิจการทางทหารนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการมีเครื่องยนต์ปล่อยตัวและขับเคลื่อนเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนตัวปล่อยแบบแข็งพัฒนาขึ้น แรงขับสูงในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งจำเป็นสำหรับขีปนาวุธในการออกจากตัวเรียกใช้และสำหรับการเร่งความเร็วเริ่มต้น มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนจรวดแบบแข็งค้ำจุนได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาความเร็วในการบินของจรวดในส่วนหลัก (แรงขับ) ของเส้นทางบินให้คงที่ ความแตกต่างระหว่างสิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่อยู่ที่การออกแบบห้องเผาไหม้และโปรไฟล์ของพื้นผิวการเผาไหม้ของประจุเชื้อเพลิง ซึ่งกำหนดอัตราการเผาไหม้เชื้อเพลิงซึ่งขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการทำงานและแรงขับของเครื่องยนต์ ต่างจากจรวดดังกล่าว ยานปล่อยอวกาศสำหรับปล่อยดาวเทียมโลก สถานีโคจร และยานอวกาศ รวมถึงสถานีระหว่างดาวเคราะห์จะทำงานเฉพาะในโหมดการปล่อยตั้งแต่การปล่อยจรวดจนกระทั่งวัตถุถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกหรือเข้าสู่วิถีโคจรระหว่างดาวเคราะห์ โดยทั่วไป เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งไม่มีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวมากนัก เนื่องจากเป็นเครื่องยนต์ที่ผลิตง่าย สามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานาน พร้อมเสมอสำหรับปฏิบัติการ และค่อนข้างป้องกันการระเบิด แต่ในแง่ของแรงขับเฉพาะ เครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็งนั้นด้อยกว่าเครื่องยนต์ของเหลวถึง 10-30%

4. เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า

เครื่องยนต์จรวดเกือบทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นมีแรงขับมหาศาลและได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก และเร่งความเร็วให้เป็นความเร็วจักรวาลสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์ เรื่องที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงคือระบบขับเคลื่อนของยานอวกาศที่เปิดตัวสู่วงโคจรหรือบนวิถีโคจรระหว่างดาวเคราะห์แล้ว ตามกฎแล้ว เราต้องการมอเตอร์กำลังต่ำ (หลายกิโลวัตต์หรือวัตต์) ที่สามารถทำงานได้นับร้อยนับพันชั่วโมงและต้องเปิดและปิดซ้ำๆ ช่วยให้คุณสามารถรักษาการบินในวงโคจรหรือตามวิถีที่กำหนด โดยชดเชยความต้านทานการบินที่สร้างขึ้นโดยชั้นบนของชั้นบรรยากาศและลมสุริยะ ในเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า สารทำงานจะถูกเร่งด้วยความเร็วที่กำหนดโดยการให้ความร้อนด้วยพลังงานไฟฟ้า ไฟฟ้ามาจากแผงโซลาร์เซลล์หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ วิธีการให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานนั้นแตกต่างกัน แต่ในความเป็นจริงส่วนใหญ่จะใช้ส่วนโค้งไฟฟ้า ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความน่าเชื่อถือสูงและทนทานต่อการสตาร์ทหลายครั้ง ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นของไหลทำงานในมอเตอร์อาร์คไฟฟ้า ไฮโดรเจนจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงมากโดยใช้อาร์คไฟฟ้า และจะกลายเป็นพลาสมา ซึ่งเป็นส่วนผสมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าของไอออนบวกและอิเล็กตรอน ความเร็วของพลาสมาที่ไหลออกจากเครื่องยนต์ถึง 20 กม./วินาที เมื่อนักวิทยาศาสตร์แก้ปัญหาการแยกแม่เหล็กของพลาสมาออกจากผนังห้องเครื่องยนต์ จะสามารถเพิ่มอุณหภูมิของพลาสมาได้อย่างมีนัยสำคัญ และเพิ่มความเร็วไอเสียเป็น 100 กม./วินาที เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าเครื่องแรกได้รับการพัฒนาในสหภาพโซเวียตในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ภายใต้การนำ (ต่อมาได้เป็นผู้สร้างเครื่องยนต์สำหรับจรวดอวกาศโซเวียตและเป็นนักวิชาการ) ที่ Gas Dynamics Laboratory (GDL) อันโด่งดัง/10/

5.เครื่องยนต์ประเภทอื่นๆ

นอกจากนี้ยังมีการออกแบบที่แปลกใหม่กว่าสำหรับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ ซึ่งวัสดุฟิสไซล์อยู่ในสถานะของเหลว ก๊าซ หรือแม้แต่พลาสมา แต่การนำการออกแบบดังกล่าวไปใช้ในระดับเทคโนโลยีและเทคโนโลยีในปัจจุบันนั้นไม่สมจริง โครงการเครื่องยนต์จรวดต่อไปนี้ยังอยู่ในขั้นตอนทางทฤษฎีหรือห้องปฏิบัติการ:

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลส์ใช้พลังงานจากการระเบิดของประจุนิวเคลียร์ขนาดเล็ก

เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัสซึ่งสามารถใช้ไอโซโทปไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงได้ ผลผลิตพลังงานของไฮโดรเจนในปฏิกิริยาดังกล่าวคือ 6.8 * 1,011 KJ/kg ซึ่งก็คือ มากกว่าผลผลิตของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันประมาณสองลำดับความสำคัญ

เครื่องยนต์โซลาร์เซล - ซึ่งใช้แรงดันของแสงแดด (ลมสุริยะ) ซึ่งการมีอยู่ของมันได้รับการพิสูจน์เชิงประจักษ์โดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียในปี พ.ศ. 2442 จากการคำนวณ นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าอุปกรณ์ที่มีน้ำหนัก 1 ตันซึ่งติดตั้งใบเรือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 ม. สามารถบินจากโลกไปยังดาวอังคารได้ในเวลาประมาณ 300 วัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของใบเรือสุริยะจะลดลงอย่างรวดเร็วตามระยะห่างจากดวงอาทิตย์

6.เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

ข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่งของเครื่องยนต์จรวดที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงเหลวนั้นสัมพันธ์กับอัตราการไหลของก๊าซที่จำกัด ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ที่จะใช้พลังงานขนาดมหึมาที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของ "เชื้อเพลิง" นิวเคลียร์เพื่อให้ความร้อนกับสารทำงาน หลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แทบไม่แตกต่างจากหลักการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โมเคมี ความแตกต่างก็คือสารทำงานได้รับความร้อนไม่ได้เกิดจากพลังงานเคมีของมันเอง แต่เนื่องจากพลังงาน "ภายนอก" ที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาภายในนิวเคลียร์ สารทำงานจะถูกส่งผ่านเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งเกิดปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสของอะตอม (เช่น ยูเรเนียม) และได้รับความร้อน เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวออกซิไดเซอร์ ดังนั้นจึงสามารถใช้ของเหลวได้เพียงชนิดเดียวเท่านั้น ในฐานะที่เป็นของเหลวทำงาน ขอแนะนำให้ใช้สารที่ช่วยให้เครื่องยนต์พัฒนาแรงดึงได้มากขึ้น สภาวะนี้จะได้รับความพึงพอใจอย่างเต็มที่จากไฮโดรเจน ตามด้วยแอมโมเนีย ไฮดราซีน และน้ำ กระบวนการที่ปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ออกมาแบ่งออกเป็น ปฏิกิริยาการแปลงกัมมันตภาพรังสี ปฏิกิริยาฟิชชันของนิวเคลียสหนัก และปฏิกิริยาฟิวชันของนิวเคลียสเบา การเปลี่ยนแปลงของไอโซโทปรังสีเกิดขึ้นได้จากสิ่งที่เรียกว่าแหล่งพลังงานไอโซโทป พลังงานมวลจำเพาะ (พลังงานที่สารน้ำหนัก 1 กิโลกรัมสามารถปล่อยออกมาได้) ของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเทียมนั้นสูงกว่าพลังงานเคมีอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้น สำหรับ 210Po จะเท่ากับ 5*10 8 KJ/kg ในขณะที่เชื้อเพลิงเคมีที่ประหยัดพลังงานมากที่สุด (เบริลเลียมกับออกซิเจน) ค่านี้จะไม่เกิน 3*10 4 KJ/kg น่าเสียดายที่การใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวกับยานปล่อยอวกาศยังไม่สมเหตุสมผล เหตุผลนี้คือต้นทุนที่สูงของสารไอโซโทปและปัญหาในการปฏิบัติงาน ท้ายที่สุดแล้ว ไอโซโทปจะปล่อยพลังงานอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าจะขนส่งในภาชนะพิเศษและเมื่อจรวดจอดอยู่ที่จุดปล่อยจรวดก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ใช้เชื้อเพลิงที่ประหยัดพลังงานมากกว่า ดังนั้น พลังงานมวลจำเพาะของ 235U (ไอโซโทปฟิสไซล์ของยูเรเนียม) เท่ากับ 6.75 * 10 9 KJ/kg ซึ่งก็คือ ลำดับความสำคัญที่สูงกว่าไอโซโทป 210Po โดยประมาณ เครื่องยนต์เหล่านี้สามารถ "เปิด" และ "ปิด" ได้ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (233U, 235U, 238U, 239Pu) ราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงไอโซโทปมาก ในเครื่องยนต์ดังกล่าว ไม่เพียงแต่น้ำที่สามารถใช้เป็นสารทำงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารทำงานที่มีประสิทธิภาพมากกว่าด้วย เช่น แอลกอฮอล์ แอมโมเนีย ไฮโดรเจนเหลว แรงขับจำเพาะของเครื่องยนต์ที่มีไฮโดรเจนเหลวคือ 900 วินาที ในการออกแบบที่เรียบง่ายที่สุดของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ทำงานด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แข็ง สารทำงานจะถูกวางไว้ในถัง ปั๊มจะส่งไปที่ห้องเครื่องยนต์ เมื่อฉีดพ่นโดยใช้หัวฉีด สารทำงานจะสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง ทำให้ร้อนขึ้น ขยายตัว และถูกพ่นออกมาด้วยความเร็วสูงผ่านหัวฉีด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีพลังงานสำรองเหนือกว่าเชื้อเพลิงประเภทอื่นๆ จากนั้นคำถามเชิงตรรกะก็เกิดขึ้น: เหตุใดการติดตั้งโดยใช้เชื้อเพลิงนี้จึงมีแรงขับจำเพาะที่ค่อนข้างต่ำและมีมวลมาก ความจริงก็คือแรงขับเฉพาะของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสนั้นถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิของวัสดุฟิสไซล์ และโรงไฟฟ้าในระหว่างการดำเนินการจะปล่อยรังสีไอออไนซ์ที่รุนแรงซึ่งส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต การป้องกันทางชีวภาพจากรังสีดังกล่าวมีความสำคัญมากและไม่สามารถใช้ได้กับยานอวกาศ การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เชิงปฏิบัติโดยใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็งเริ่มขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา เกือบจะพร้อมกันกับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก งานนี้ดำเนินการในบรรยากาศที่มีความลับเพิ่มขึ้น แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าเครื่องยนต์จรวดดังกล่าวยังไม่ได้รับการนำไปใช้จริงในอวกาศ จนถึงขณะนี้ ทุกอย่างถูกจำกัดอยู่เพียงการใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้าไอโซโทปที่ค่อนข้างต่ำบนดาวเทียมโลกเทียมไร้คนขับ ยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ และ "รถแลนด์โรเวอร์ทางจันทรคติ" ของโซเวียตที่มีชื่อเสียงไปทั่วโลก

7. เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ หลักการทำงาน วิธีการรับแรงกระตุ้นในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ได้ชื่อมาจากการที่พวกมันสร้างแรงผลักดันจากการใช้พลังงานนิวเคลียร์ นั่นคือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยทั่วไปปฏิกิริยาเหล่านี้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะพลังงานของนิวเคลียสของอะตอมรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสบางส่วนไปเป็นนิวเคลียสอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการปรับโครงสร้างของนิวเคลียสหรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนอนุภาคมูลฐานที่มีอยู่ในนั้น - นิวเคลียส ยิ่งกว่านั้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังที่ทราบกันดีว่าสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ (เช่น เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ) หรือเกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ เช่น เมื่อนิวเคลียสบางตัวถูกคนอื่นโจมตี (หรืออนุภาคมูลฐาน) ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและฟิวชันมีพลังงานมากกว่าปฏิกิริยาเคมีเป็นล้านและสิบล้านเท่าตามลำดับ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานพันธะเคมีของอะตอมในโมเลกุลนั้นน้อยกว่าพลังงานพันธะนิวเคลียร์ของนิวคลีออนในนิวเคลียสหลายเท่า พลังงานนิวเคลียร์ในเครื่องยนต์จรวดสามารถใช้ได้สองวิธี:

1. พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน ซึ่งจะขยายตัวในหัวฉีด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดทั่วไป

2. พลังงานนิวเคลียร์จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นนำไปใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนและเร่งอนุภาคของของไหลทำงาน

3. ในที่สุด แรงกระตุ้นถูกสร้างขึ้นโดยผลิตภัณฑ์จากฟิชชันเอง ซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการ DIV_ADBLOCK265">

โดยการเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว น้ำมันทำงานเริ่มต้นของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์จะถูกเก็บไว้ในสถานะของเหลวในถังของระบบขับเคลื่อนและจ่ายโดยใช้หน่วยเทอร์โบปั๊ม ก๊าซสำหรับหมุนหน่วยนี้ ซึ่งประกอบด้วยกังหันและปั๊ม สามารถผลิตได้ในเครื่องปฏิกรณ์เอง

แผนภาพของระบบขับเคลื่อนดังกล่าวแสดงอยู่ในภาพ

มีเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์จำนวนมากที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชัน:

เฟสแข็ง

เฟสแก๊ส

NRE พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์แบบพัลส์และอื่นๆ

ในบรรดาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่เป็นไปได้ทุกประเภท เครื่องยนต์ที่มีการพัฒนามากที่สุดคือเครื่องยนต์ไอโซโทปรังสีความร้อน และเครื่องยนต์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันแบบโซลิดเฟส แต่ถ้าลักษณะของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ไอโซโทปรังสีไม่อนุญาตให้เราหวังว่าจะมีการใช้อย่างแพร่หลายในอวกาศ (อย่างน้อยก็ในอนาคตอันใกล้นี้) การสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสก็เปิดโอกาสที่ดีสำหรับการบินอวกาศ เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ทั่วไปประเภทนี้ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์โซลิดเฟสในรูปทรงกระบอกที่มีความสูงและเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1-2 ม. (หากพารามิเตอร์เหล่านี้อยู่ใกล้ การรั่วไหลของนิวตรอนฟิชชันออกสู่พื้นที่โดยรอบจะน้อยมาก) .

เครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยแกนกลาง แผ่นสะท้อนแสงรอบๆบริเวณนี้ หน่วยงานกำกับดูแล; ร่างกายพลังงานและองค์ประกอบอื่น ๆ แกนกลางประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - วัสดุฟิสไซล์ (ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ) ที่มีอยู่ในองค์ประกอบของเชื้อเพลิง และตัวหน่วงหรือสารเจือจาง เครื่องปฏิกรณ์ที่แสดงในรูปนั้นเป็นเนื้อเดียวกัน - ในนั้นตัวหน่วงเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบเชื้อเพลิงซึ่งผสมกับเชื้อเพลิงเป็นเนื้อเดียวกัน ผู้ดำเนินรายการสามารถแยกจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ ในกรณีนี้ เครื่องปฏิกรณ์เรียกว่าต่างกัน สารเจือจาง (เช่น โลหะทนไฟ - ทังสเตน โมลิบดีนัม) ถูกนำมาใช้เพื่อให้คุณสมบัติพิเศษแก่สารฟิสไซล์

องค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์โซลิดเฟสจะเต็มไปด้วยช่องทางที่สารทำงานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ไหลผ่าน และค่อยๆ ร้อนขึ้น ช่องมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1-3 มม. และพื้นที่ทั้งหมดคือ 20-30% ของหน้าตัดของโซนที่ใช้งานอยู่ แกนกลางถูกแขวนไว้โดยโครงข่ายพิเศษภายในถังส่งพลังงาน เพื่อให้สามารถขยายตัวได้เมื่อเครื่องปฏิกรณ์ร้อนขึ้น (ไม่เช่นนั้น เครื่องปฏิกรณ์จะพังทลายลงเนื่องจากความเครียดจากความร้อน)

แกนกลางมีภาระทางกลสูงซึ่งสัมพันธ์กับแรงดันไฮดรอลิกที่ลดลงอย่างมาก (มากถึงหลายสิบบรรยากาศ) จากของเหลวทำงานที่ไหล ความเค้นจากความร้อน และการสั่นสะเทือน การเพิ่มขนาดของโซนแอคทีฟเมื่อเครื่องปฏิกรณ์ร้อนขึ้นถึงหลายเซนติเมตร โซนที่ทำงานอยู่และตัวสะท้อนแสงจะถูกวางไว้ภายในตัวเรือนพลังงานที่ทนทาน ซึ่งจะดูดซับแรงดันของของไหลทำงานและแรงผลักดันที่เกิดจากหัวฉีดเจ็ท ตัวเรือนปิดด้วยฝาปิดที่ทนทาน ประกอบด้วยกลไกนิวแมติก สปริง หรือไฟฟ้าสำหรับการขับเคลื่อนหน่วยงานกำกับดูแล จุดเชื่อมต่อสำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์กับยานอวกาศ และหน้าแปลนสำหรับเชื่อมต่อเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เข้ากับท่อจ่ายของของไหลทำงาน นอกจากนี้ยังสามารถวางหน่วยเทอร์โบปั๊มไว้บนฝาครอบได้ด้วย

8 - หัวฉีด

9 - หัวฉีดขยาย หัวฉีด

10 - การเลือกสารทำงานสำหรับกังหัน

11 - พาวเวอร์คอร์ป

12 - ดรัมควบคุม

13 - ไอเสียกังหัน (ใช้เพื่อควบคุมทัศนคติและเพิ่มแรงขับ)

14 - วงแหวนขับเคลื่อนสำหรับดรัมควบคุม)

เมื่อต้นปี พ.ศ. 2500 ได้มีการกำหนดทิศทางสุดท้ายของการทำงานที่ห้องปฏิบัติการ Los Alamos และมีการตัดสินใจสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กราไฟท์ที่มีเชื้อเพลิงยูเรเนียมกระจายอยู่ในกราไฟท์ เครื่องปฏิกรณ์กีวี-เอ ซึ่งสร้างขึ้นในทิศทางนี้ ได้รับการทดสอบในปี พ.ศ. 2502 เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม

เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เฟสของแข็งของอเมริกา เอ็กซ์อี ไพรม์บนม้านั่งทดสอบ (1968)

นอกเหนือจากการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์แล้ว ห้องปฏิบัติการลอส อลามอสยังดำเนินการก่อสร้างสถานที่ทดสอบพิเศษในเนวาดาอย่างเต็มที่ และยังได้ดำเนินการตามคำสั่งพิเศษจำนวนหนึ่งจากกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในพื้นที่ที่เกี่ยวข้อง (การพัฒนาของแต่ละบุคคล) หน่วย TURE) ในนามของห้องปฏิบัติการ Los Alamos คำสั่งพิเศษทั้งหมดสำหรับการผลิตส่วนประกอบแต่ละชิ้นดำเนินการโดยบริษัทดังต่อไปนี้: Aerojet General ซึ่งเป็นแผนก Rocketdyne ของ North American Aviation ในฤดูร้อนปี พ.ศ. 2501 การควบคุมโปรแกรมโรเวอร์ทั้งหมดถูกย้ายจากกองทัพอากาศสหรัฐไปยังองค์การการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) ที่จัดตั้งขึ้นใหม่ ผลจากข้อตกลงพิเศษระหว่าง AEC และ NASA ในช่วงกลางฤดูร้อนปี 1960 สำนักงานขับเคลื่อนนิวเคลียร์อวกาศจึงก่อตั้งขึ้นภายใต้การนำของ G. Finger ซึ่งต่อมาเป็นหัวหน้าโครงการ Rover

ผลลัพธ์ที่ได้จาก "การทดสอบที่ร้อน" หกครั้งของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เป็นที่น่าพอใจอย่างยิ่ง และในช่วงต้นปี 1961 ก็มีการเตรียมรายงานเกี่ยวกับการทดสอบการบินของเครื่องปฏิกรณ์ (RJFT) จากนั้นในกลางปี ​​​​1961 ได้มีการเปิดตัวโครงการ Nerva (การใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับจรวดอวกาศ) Aerojet General ได้รับเลือกให้เป็นผู้รับเหมาทั่วไป และ Westinghouse ได้รับเลือกให้เป็นผู้รับเหมาช่วงที่รับผิดชอบในการก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์

10.2 ทำงานกับ TURE ในรัสเซีย

อเมริกัน" href="/text/category/amerikanetc/" rel="bookmark">ชาวอเมริกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียใช้การทดสอบองค์ประกอบเชื้อเพลิงแต่ละตัวในเครื่องปฏิกรณ์วิจัยอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพที่สุด งานทั้งหมดดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ 70-80 อนุญาตให้สำนักออกแบบ "ซัลยุทธ" สำนักออกแบบเคมีอัตโนมัติ, IAE, NIKIET และ NPO "ลุค" (PNITI) พัฒนาโครงการต่างๆ เกี่ยวกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อวกาศและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบไฮบริด ในสำนักออกแบบ Chemical Automatics ภายใต้วิทยาศาสตร์ ผู้นำของ NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO รับผิดชอบองค์ประกอบเครื่องปฏิกรณ์ Luch", MAI) ถูกสร้างขึ้น ลาน ถ. 0411และเครื่องยนต์นิวเคลียร์ขนาดต่ำสุด ถ.0410แรงขับ 40 และ 3.6 ตัน ตามลำดับ

เป็นผลให้มีการผลิตเครื่องปฏิกรณ์ เครื่องยนต์ "เย็น" และต้นแบบแบบตั้งโต๊ะสำหรับการทดสอบก๊าซไฮโดรเจน ต่างจากของอเมริกาที่มีแรงกระตุ้นจำเพาะไม่เกิน 8250 m/s TNRE ของโซเวียตเนื่องจากการใช้องค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ทนความร้อนและการออกแบบขั้นสูงและอุณหภูมิสูงในแกนกลาง ทำให้ตัวเลขนี้เท่ากับ 9100 ม. /s และสูงกว่า ฐานม้านั่งสำหรับทดสอบ TURE ของการสำรวจร่วมของ NPO "Luch" ตั้งอยู่ 50 กม. ทางตะวันตกเฉียงใต้ของเมือง Semipalatinsk-21 เธอเริ่มทำงานในปี 2505 ใน ที่สถานที่ทดสอบ มีการทดสอบองค์ประกอบเชื้อเพลิงเต็มรูปแบบของเครื่องยนต์จรวดต้นแบบที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ ในกรณีนี้ก๊าซไอเสียจะเข้าสู่ระบบไอเสียแบบปิด ศูนย์ทดสอบไบคาล-1 สำหรับการทดสอบเครื่องยนต์นิวเคลียร์ขนาดเต็มอยู่ห่างจากเซมิพาลาตินสค์-21 ไปทางใต้ 65 กม. ตั้งแต่ปี 1970 ถึง 1988 มีการดำเนินการ "เครื่องปฏิกรณ์แบบ hot start" ประมาณ 30 เครื่อง ในเวลาเดียวกัน กำลังไฟฟ้าไม่เกิน 230 MW โดยมีปริมาณการใช้ไฮโดรเจนสูงถึง 16.5 กก./วินาที และอุณหภูมิที่ทางออกของเครื่องปฏิกรณ์ 3100 K การเปิดตัวทั้งหมดประสบความสำเร็จ ไร้ปัญหา และเป็นไปตามแผน

TNRD RD-0410 ของโซเวียตเป็นเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์อุตสาหกรรมที่ใช้งานได้และเชื่อถือได้เพียงเครื่องเดียวในโลก

ปัจจุบันงานดังกล่าวที่ไซต์งานได้หยุดลงแล้ว แม้ว่าอุปกรณ์จะได้รับการบำรุงรักษาให้อยู่ในสภาพที่ค่อนข้างใช้งานได้ก็ตาม ฐานม้านั่งทดสอบของ NPO Luch เป็นศูนย์ทดลองเพียงแห่งเดียวในโลกที่สามารถทดสอบองค์ประกอบของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขับเคลื่อนโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายทางการเงินและเวลาจำนวนมาก เป็นไปได้ว่าการกลับมาทำงานอีกครั้งในสหรัฐอเมริกาเกี่ยวกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับเที่ยวบินไปยังดวงจันทร์และดาวอังคารภายใต้กรอบของโครงการริเริ่มการวิจัยอวกาศด้วยการมีส่วนร่วมตามแผนของผู้เชี่ยวชาญจากรัสเซียและคาซัคสถานจะนำไปสู่การเริ่มต้นกิจกรรมอีกครั้งที่ ฐาน Semipalatinsk และการดำเนินการสำรวจ "ดาวอังคาร" ในปี 2020

ลักษณะสำคัญ

แรงกระตุ้นเฉพาะต่อไฮโดรเจน: 910 - 980 วินาที(ตามทฤษฎีสูงถึง 1,000 วินาที).

· ความเร็วการไหลออกของของไหลทำงาน (ไฮโดรเจน): 9100 - 9800 ม./วินาที

· แรงขับที่ทำได้: มากถึงหลายร้อยหลายพันตัน

· อุณหภูมิใช้งานสูงสุด: 3000°С - 3700°С (การเปิดสวิตช์ระยะสั้น)

· อายุการใช้งาน: สูงสุดหลายพันชั่วโมง (เปิดใช้งานเป็นระยะ) /5/

11.อุปกรณ์

การออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เฟสแข็งของโซเวียต RD-0410

1 - สายจากถังของเหลวทำงาน

2 - หน่วยเทอร์โบปั๊ม

3 - ควบคุมดรัมไดรฟ์

4 - การป้องกันรังสี

5 - กลองควบคุม

6 - ตัวหน่วง

7 - การประกอบเชื้อเพลิง

8 - ถังปฏิกรณ์

9 - ก้นไฟ

10 - สายระบายความร้อนหัวฉีด

11- ห้องหัวฉีด

12 - หัวฉีด

12.หลักการทำงาน

ตามหลักการทำงานของมัน TNRE คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูง โดยที่ของไหลทำงาน (ไฮโดรเจนเหลว) จะถูกป้อนภายใต้ความดัน และเมื่อถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (มากกว่า 3000°C) จะถูกดีดออกมาทาง หัวฉีดระบายความร้อน การสร้างความร้อนใหม่ในหัวฉีดมีประโยชน์มาก เนื่องจากช่วยให้ไฮโดรเจนได้รับความร้อนเร็วขึ้นมาก และโดยการใช้พลังงานความร้อนในปริมาณมาก แรงกระตุ้นจำเพาะจะเพิ่มขึ้นเป็น 1,000 วินาที (9100-9800 ม./วินาที)

เครื่องปฏิกรณ์เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

MsoNormalTable">

ของเหลวทำงาน

ความหนาแน่น ก./ซม.3

แรงขับเฉพาะ (ที่อุณหภูมิที่ระบุในห้องทำความร้อน °K) วินาที

0.071 (ของเหลว)

0.682 (ของเหลว)

1,000 (ของเหลว)

เลขที่ แดน

เลขที่ แดน

เลขที่ แดน

(หมายเหตุ: ความดันในห้องทำความร้อนคือ 45.7 atm ขยายเป็นความดัน 1 atm โดยมีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันของของไหลทำงาน) /6/

15.ผลประโยชน์

ข้อได้เปรียบหลักของ TNRE เหนือเครื่องยนต์จรวดเคมีคือความสำเร็จของแรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงกว่า พลังงานสำรองที่สำคัญ ความกะทัดรัดของระบบ และความสามารถในการรับแรงขับที่สูงมาก (หลายสิบ ร้อยและหลายพันตันในสุญญากาศ โดยทั่วไปแล้ว แรงกระตุ้นจำเพาะที่เกิดขึ้นในสุญญากาศมีค่ามากกว่าเชื้อเพลิงจรวดเคมีสององค์ประกอบที่ใช้แล้ว (น้ำมันก๊าด-ออกซิเจน ไฮโดรเจน-ออกซิเจน) 3-4 เท่า และเมื่อทำงานที่ความเข้มความร้อนสูงสุด 4-5 เท่า ปัจจุบันอยู่ใน สหรัฐอเมริกาและรัสเซียมีประสบการณ์สำคัญในการพัฒนาและก่อสร้างเครื่องยนต์ดังกล่าว และหากจำเป็น (โครงการพิเศษในการสำรวจอวกาศ) เครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถผลิตได้ในระยะเวลาอันสั้นและจะมีต้นทุนที่สมเหตุสมผล ในกรณีที่ใช้ TURE เพื่อเร่งยานอวกาศ ในอวกาศและขึ้นอยู่กับการใช้การซ้อมรบที่ก่อกวนเพิ่มเติมโดยใช้สนามโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ (ดาวพฤหัส ดาวยูเรนัส ดาวเสาร์ ดาวเนปจูน) ขอบเขตที่เป็นไปได้ของการศึกษาระบบสุริยะนั้นขยายออกไปอย่างมาก และเวลาที่ต้องใช้ในการไปถึงดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลนั้นมีความสำคัญ ที่ลดลง. นอกจากนี้ TNRE ยังสามารถนำมาใช้กับอุปกรณ์ที่ทำงานในวงโคจรต่ำของดาวเคราะห์ยักษ์ได้สำเร็จโดยใช้บรรยากาศที่ทำให้บริสุทธิ์ของพวกมันเป็นของไหลทำงาน หรือสำหรับทำงานในชั้นบรรยากาศของพวกมัน /8/

16.ข้อเสีย

ข้อเสียเปรียบหลักของ TNRE คือการมีอยู่ของรังสีทะลุทะลวงที่ทรงพลัง (รังสีแกมมา นิวตรอน) เช่นเดียวกับการกำจัดสารประกอบยูเรเนียมที่มีกัมมันตภาพรังสีสูง สารประกอบทนไฟที่มีรังสีเหนี่ยวนำและก๊าซกัมมันตภาพรังสีพร้อมกับของไหลทำงาน ในเรื่องนี้ TURE ไม่เป็นที่ยอมรับสำหรับการปล่อยภาคพื้นดินเพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพของสถานการณ์สิ่งแวดล้อม ณ จุดปล่อยและในชั้นบรรยากาศ /14/

17.การปรับปรุงคุณลักษณะของ TURD เครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปแบบไฮบริด

เช่นเดียวกับจรวดหรือเครื่องยนต์อื่นๆ โดยทั่วไป เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสมีข้อจำกัดที่สำคัญเกี่ยวกับคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดที่สามารถทำได้ ข้อจำกัดเหล่านี้แสดงถึงการที่อุปกรณ์ (TJRE) ไม่สามารถทำงานในช่วงอุณหภูมิที่เกินช่วงอุณหภูมิการทำงานสูงสุดของวัสดุโครงสร้างของเครื่องยนต์ เพื่อขยายขีดความสามารถและเพิ่มพารามิเตอร์การทำงานหลักของ TNRE อย่างมีนัยสำคัญ สามารถใช้รูปแบบไฮบริดต่างๆ โดยที่ TNRE มีบทบาทเป็นแหล่งความร้อนและพลังงาน และใช้วิธีการทางกายภาพเพิ่มเติมในการเร่งของเหลวทำงาน ความน่าเชื่อถือที่สุด เป็นไปได้ในทางปฏิบัติ และมีลักษณะแรงกระตุ้นและแรงขับจำเพาะสูงคือโครงร่างไฮบริดที่มีวงจร MHD เพิ่มเติม (วงจรแมกนีโตไฮโดรไดนามิก) สำหรับการเร่งของเหลวทำงานที่แตกตัวเป็นไอออน (ไฮโดรเจนและสารเติมแต่งพิเศษ) /13/

18. อันตรายจากรังสีจากเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้งานได้เป็นแหล่งรังสีอันทรงพลัง - รังสีแกมมาและนิวตรอน หากไม่มีมาตรการพิเศษ การแผ่รังสีอาจทำให้เกิดความร้อนที่ยอมรับไม่ได้ของของไหลและโครงสร้างในยานอวกาศ การเปราะของวัสดุโครงสร้างโลหะ การทำลายพลาสติกและการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนยาง ความเสียหายต่อฉนวนของสายไฟฟ้า และความล้มเหลวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การแผ่รังสีอาจทำให้เกิดกัมมันตภาพรังสี (เทียม) ของวัสดุ - การกระตุ้น

ปัจจุบันปัญหาการป้องกันรังสีของยานอวกาศด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ถือว่าได้รับการแก้ไขในหลักการแล้ว ปัญหาพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่แท่นทดสอบและจุดปล่อยจรวดก็ได้รับการแก้ไขเช่นกัน แม้ว่า NRE ปฏิบัติการจะก่อให้เกิดอันตรายต่อเจ้าหน้าที่ปฏิบัติการ แต่หนึ่งวันหลังจากการสิ้นสุดการปฏิบัติงานของ NRE เราสามารถยืนเป็นเวลาหลายสิบนาทีที่ระยะ 50 เมตรจาก NRE โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลใด ๆ และแม้แต่เข้าใกล้ มัน วิธีการป้องกันที่ง่ายที่สุดช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าไปในพื้นที่ทำงาน YARD ไม่นานหลังจากการทดสอบ

ระดับของการปนเปื้อนของศูนย์ปล่อยจรวดและสิ่งแวดล้อมจะไม่เป็นอุปสรรคต่อการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในระดับล่างของจรวดอวกาศ ปัญหาอันตรายจากรังสีต่อสิ่งแวดล้อมและบุคลากรปฏิบัติการส่วนใหญ่ได้รับการบรรเทาลงจากข้อเท็จจริงที่ว่าไฮโดรเจนซึ่งใช้เป็นสารทำงาน ไม่ได้ถูกกระตุ้นเมื่อผ่านเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นกระแสไอพ่นของเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงไม่อันตรายไปกว่าไอพ่นของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว/4/

บทสรุป

เมื่อพิจารณาถึงโอกาสในการพัฒนาและการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในอวกาศ เราควรพิจารณาจากคุณลักษณะที่บรรลุผลและคาดหวังของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ประเภทต่างๆ จากสิ่งที่การประยุกต์ใช้สามารถมอบให้กับอวกาศ และสุดท้าย จากความสัมพันธ์ใกล้ชิด ของปัญหาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์กับปัญหาการจัดหาพลังงานในอวกาศและกับปัญหาการพัฒนาพลังงานเลย

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ในบรรดาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่เป็นไปได้ทุกประเภท เครื่องยนต์ที่มีการพัฒนามากที่สุดคือเครื่องยนต์ไอโซโทปรังสีความร้อน และเครื่องยนต์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันแบบโซลิดเฟส แต่ถ้าลักษณะของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ไอโซโทปรังสีไม่อนุญาตให้เราหวังว่าจะมีการใช้อย่างแพร่หลายในอวกาศ (อย่างน้อยก็ในอนาคตอันใกล้นี้) การสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสก็เปิดโอกาสที่ดีสำหรับการบินอวกาศ

ตัวอย่างเช่น มีการเสนออุปกรณ์ที่มีมวลเริ่มต้น 40,000 ตัน (กล่าวคือ มากกว่ายานปล่อยจรวดสมัยใหม่ที่ใหญ่ที่สุดประมาณ 10 เท่า) โดย 1/10 ของมวลนี้คิดเป็นน้ำหนักบรรทุก และ 2/3 สำหรับนิวเคลียร์ ค่าใช้จ่าย หากคุณระเบิดหนึ่งครั้งทุกๆ 3 วินาที อุปทานของมันจะเพียงพอสำหรับการทำงานต่อเนื่องของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์เป็นเวลา 10 วัน ในช่วงเวลานี้ อุปกรณ์จะเร่งความเร็วเป็น 10,000 กม./วินาที และในอนาคต อีก 130 ปี อุปกรณ์จะไปถึงดาวอัลฟาเซนทอรีได้

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีลักษณะพิเศษเฉพาะ ซึ่งรวมถึงความเข้มข้นของพลังงานแทบไม่จำกัด ความเป็นอิสระในการทำงานจากสิ่งแวดล้อม และการต้านทานอิทธิพลภายนอก (รังสีคอสมิก ความเสียหายของอุกกาบาต อุณหภูมิสูงและต่ำ ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม กำลังสูงสุดของการติดตั้งไอโซโทปรังสีนิวเคลียร์นั้นจำกัดอยู่ที่มูลค่าหลายร้อยวัตต์ ข้อ จำกัด นี้ไม่มีอยู่ในโรงไฟฟ้าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งกำหนดความสามารถในการทำกำไรของการใช้งานระหว่างการบินระยะยาวของยานอวกาศหนักในพื้นที่ใกล้โลกระหว่างการบินไปยังดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลของระบบสุริยะและในกรณีอื่น ๆ

ข้อดีของโซลิดเฟสและเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อื่น ๆ ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันได้รับการเปิดเผยอย่างเต็มที่มากที่สุดในการศึกษาโครงการอวกาศที่ซับซ้อนเช่นการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ (ตัวอย่างเช่นระหว่างการเดินทางไปดาวอังคาร) ในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของแรงกระตุ้นเฉพาะของทรัสเตอร์ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาใหม่เชิงคุณภาพได้ ปัญหาทั้งหมดนี้บรรเทาลงอย่างมากเมื่อใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสที่มีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงเป็นสองเท่าของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสมัยใหม่ ในกรณีนี้สามารถลดเวลาการบินลงได้อย่างมาก

เป็นไปได้มากว่าในอนาคตอันใกล้นี้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสจะกลายเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์จรวดที่ใช้กันมากที่สุด เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เฟสแข็งสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับการบินระยะไกลได้ เช่น ไปยังดาวเคราะห์เช่นเนปจูน ดาวพลูโต และแม้แต่การบินนอกระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม สำหรับการบินสู่ดวงดาว เครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้หลักการฟิชชันไม่เหมาะ ในกรณีนี้ สิ่งที่มีแนวโน้มดีคือเครื่องยนต์นิวเคลียร์หรือเครื่องยนต์ไอพ่นแสนสาหัส (TRE) ซึ่งทำงานบนหลักการของปฏิกิริยาฟิวชัน และเครื่องยนต์ไอพ่นโฟโตนิก (PRE) ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของโมเมนตัมซึ่งเป็นปฏิกิริยาการทำลายล้างของสสารและปฏิสสาร . อย่างไรก็ตาม มนุษยชาติส่วนใหญ่จะใช้วิธีการขนส่งอื่นเพื่อเดินทางในอวกาศระหว่างดวงดาว แตกต่างจากเครื่องบินเจ็ต

โดยสรุป ฉันจะถอดความวลีอันโด่งดังของไอน์สไตน์ - ในการเดินทางไปยังดวงดาวมนุษยชาติจะต้องมาพร้อมกับสิ่งที่เทียบเคียงได้ในความซับซ้อนและการรับรู้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับคนยุคหิน!

วรรณกรรม

แหล่งที่มา:

1. "จรวดและผู้คน เล่ม 4 Moon Race" - M: Znanie, 1999
2. http://www. แอลเปร de/energomash/index.php htm
3. Pervushin “ การต่อสู้เพื่อดวงดาว การเผชิญหน้าของจักรวาล” - M: ความรู้, 1998
4. L. Gilberg “การพิชิตท้องฟ้า” - M: Znanie, 1994
5. http://epizodsspace. *****/bibl/molodtsov
6. “เครื่องยนต์”, “เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศ”, ลำดับที่ 5 2542

7. "เครื่องยนต์", "เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้แก๊สสำหรับยานอวกาศ",

ลำดับที่ 6, 2542
7. http://www. *****/content/numbers/263/03.shtml
8. http://www. แอลเปร de/energomash/index.php htm
9. http://www. *****/content/numbers/219/37.shtml
10.เชอคาลินขนส่งแห่งอนาคต

อ.: ความรู้, 2526.

11. , การสำรวจอวกาศเชคาลิน - ม.:

ความรู้, 2531.

12. “พลังงาน - บูราน” - ก้าวสู่อนาคต // วิทยาศาสตร์และชีวิต-

13. เทคโนโลยีอวกาศ - อ.: มีร์, 2529

14. Sergeyuk และการพาณิชย์ - อ.: APN, 1989.

15.สหภาพโซเวียตในอวกาศ 2548 - ม.: APN, 1989.

16. ระหว่างทางสู่ห้วงอวกาศ // พลังงาน. - 2528. - ลำดับที่ 6.

แอปพลิเคชัน

ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส

ประเทศผู้ผลิต	เครื่องยนต์	แรงขับในสุญญากาศ, kN	แรงกระตุ้นเฉพาะ วินาที		งานโครงการปี
	วงจรผสม NERVA/Lox

เครื่องยนต์จรวดซึ่งสารทำงานเป็นสาร (เช่น ไฮโดรเจน) ที่ได้รับความร้อนจากพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือการสลายกัมมันตภาพรังสี หรือเป็นผลโดยตรงจากปฏิกิริยาเหล่านี้ แยกแยะ... ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

เครื่องยนต์จรวดซึ่งสารทำงานเป็นสาร (เช่น ไฮโดรเจน) ที่ได้รับความร้อนจากพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือการสลายกัมมันตภาพรังสี หรือเป็นผลโดยตรงจากปฏิกิริยาเหล่านี้ อยู่ใน… … พจนานุกรมสารานุกรม

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė… … Artilerijos terminų žodynas

- (Nuclear Jet) เครื่องยนต์จรวดที่สร้างแรงผลักดันเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีหรือปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตามประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในเครื่องยนต์นิวเคลียร์ เครื่องยนต์จรวดไอโซโทปรังสีมีความโดดเด่น... ...

- (YRD) เครื่องยนต์จรวดซึ่งแหล่งพลังงานคือเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ในเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ความร้อนของพรูที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์จะถูกถ่ายโอนไปยังของไหลทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) แกนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์......

บทความนี้ควรเป็นวิกิพีเดีย โปรดจัดรูปแบบตามกฎการจัดรูปแบบบทความ เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้สารละลายเกลือเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน (อังกฤษ... วิกิพีเดีย

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) เป็นเครื่องยนต์จรวดประเภทหนึ่งที่ใช้พลังงานฟิชชันหรือฟิวชันของนิวเคลียสเพื่อสร้างแรงผลักดันของไอพ่น พวกมันมีปฏิกิริยาจริงๆ (ให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และปล่อยก๊าซผ่าน... ... Wikipedia

เครื่องยนต์ไอพ่น แหล่งพลังงานและสารทำงานซึ่งอยู่ในตัวรถ เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องยนต์เดียวที่เชี่ยวชาญจริงในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกขึ้นสู่วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียมและเพื่อใช้ใน ... ... Wikipedia

- (RD) เครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้เฉพาะสารและแหล่งพลังงานที่มีอยู่ในยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ (เครื่องบิน พื้นดิน ใต้น้ำ) ในการทำงานเท่านั้น จึงไม่เหมือนกับเครื่องยนต์แอร์เจ็ท (ดู... ... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต

เครื่องยนต์จรวดไอโซโทป คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้พลังงานการสลายตัวของไอโซโทปเคมีกัมมันตภาพรังสี องค์ประกอบ พลังงานนี้ทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน หรือของไหลทำงานเป็นผลจากการสลายตัวนั่นเอง เกิดเป็น... ... พจนานุกรมโพลีเทคนิคสารานุกรมขนาดใหญ่

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 ก็ไม่จำเป็นที่จะต้องดำเนินโครงการอวกาศอันทรงเกียรติแต่มีค่าใช้จ่ายสูงอีกต่อไป เพื่อพิสูจน์ให้คนทั้งโลกเห็นถึงความเหนือกว่าของเศรษฐกิจตะวันตก แนวคิดของระบบและอุดมการณ์
ในยุค 90 งานทางการเมืองหลักของปีก่อน ๆ สูญเสียความเกี่ยวข้อง การเผชิญหน้าของกลุ่มเปิดทางไปสู่โลกาภิวัตน์ ลัทธิปฏิบัตินิยมได้รับชัยชนะในโลก ดังนั้นโครงการอวกาศส่วนใหญ่จึงถูกตัดทอนหรือเลื่อนออกไป 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
จริงอยู่ แม้แต่สหรัฐอเมริกาก็ไม่รับประกันความสำเร็จในการสร้างเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการ 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 และมวลโมเลกุลของก๊าซยิ่งต่ำ แรงกระตุ้นจำเพาะก็จะยิ่งสูงขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีขึ้นด้วย แรงกระตุ้นจำเพาะคือปริมาณของการเคลื่อนไหว และโดยปกติจะวัดเป็นเมตรต่อวินาที เช่นเดียวกับความเร็ว
ในเครื่องยนต์เคมี แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดได้มาจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงออกซิเจน-ไฮโดรเจน และฟลูออรีน-ไฮโดรเจน (4500–4700 ม./วินาที) แต่แรงกระตุ้นที่ได้รับความนิยมมากที่สุด (และสะดวกในการใช้งาน) ได้กลายเป็นเครื่องยนต์จรวดที่ทำงานด้วยน้ำมันก๊าดและออกซิเจนสำหรับ ตัวอย่างเช่น จรวดโซยุซและจรวดฟอลคอนของมัสค์ รวมถึงเครื่องยนต์ที่ใช้ไดเมทิลไฮดราซีน (UDMH) แบบไม่สมมาตรพร้อมตัวออกซิไดเซอร์ในรูปของส่วนผสมของไนโตรเจนเตตรอกไซด์และกรดไนตริก (โปรตอนของโซเวียตและรัสเซีย, อาเรียนของฝรั่งเศส, อเมริกันไททัน) ประสิทธิภาพของพวกเขาต่ำกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถึง 1.5 เท่า แต่แรงกระตุ้นที่ 3,000 เมตร/วินาที และกำลังก็เพียงพอที่จะทำให้มีผลกำไรเชิงเศรษฐกิจในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกจำนวนมากขึ้นสู่วงโคจรใกล้โลก
แต่การบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นต้องใช้ยานอวกาศที่มีขนาดใหญ่กว่าที่มนุษยชาติเคยสร้างมาก่อนหน้านี้ ซึ่งรวมถึง ISS แบบโมดูลาร์ด้วย ในเรือเหล่านี้จำเป็นต้องรับประกันการดำรงอยู่ของลูกเรือโดยอิสระในระยะยาวและการจ่ายเชื้อเพลิงและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์หลักและเครื่องยนต์สำหรับการซ้อมรบและการแก้ไขวงโคจรเพื่อจัดเตรียมการส่งมอบนักบินอวกาศในโมดูลลงจอดพิเศษ ไปยังพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงอื่น 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 เราต้องการยานอวกาศที่มีความเร็วในการบินที่แตกต่างกันและพลังงานการเคลื่อนที่ที่ทรงพลังกว่านี้

การออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ Princeton Satellite Systems

ในการสำรวจห้วงอวกาศ จำเป็นต้องเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเพิ่มแรงกระตุ้นและอายุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง และในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่แก๊สหรือสารทำงานที่มีมวลอะตอมต่ำภายในห้องเครื่องยนต์ให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ทางเคมีของส่วนผสมเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมหลายเท่าและสามารถทำได้โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์
หากแทนที่จะวางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไว้ในเครื่องยนต์จรวดแทนที่จะเป็นห้องเผาไหม้แบบธรรมดาเข้าไปในโซนแอคทีฟซึ่งมีการจ่ายสารในรูปของเหลวหรือก๊าซจากนั้นจะเริ่มให้ความร้อนภายใต้แรงดันสูงสูงถึงหลายพันองศา จะถูกขับออกทางช่องหัวฉีดทำให้เกิดแรงขับเจ็ท แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ดังกล่าวจะมากกว่าเครื่องยนต์ธรรมดาที่มีส่วนประกอบทางเคมีหลายเท่า ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพของทั้งเครื่องยนต์เองและยานพาหนะที่ปล่อยโดยรวมจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ในกรณีนี้ ไม่จำเป็นต้องมีตัวออกซิไดเซอร์สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง และก๊าซไฮโดรเจนเบาสามารถใช้เป็นสารที่สร้างแรงผลักดันของเจ็ทได้ เรารู้ว่ายิ่งมวลโมเลกุลของก๊าซต่ำลง แรงกระตุ้นก็จะยิ่งสูงขึ้น และสิ่งนี้จะอย่างมาก ลดมวลจรวดด้วยกำลังเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะดีขึ้น
เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะดีกว่าเครื่องยนต์ทั่วไป เนื่องจากในโซนเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซเบาสามารถให้ความร้อนได้ที่อุณหภูมิเกิน 9,000 องศาเคลวิน และไอพ่นของก๊าซร้อนยวดยิ่งดังกล่าวจะให้แรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงกว่ามากเกินกว่าที่เครื่องยนต์เคมีทั่วไปสามารถทำได้ . แต่นี่เป็นในทางทฤษฎี
อันตรายไม่ได้อยู่ที่ว่าเมื่อยานส่งจรวดที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ดังกล่าวถูกปล่อยออกไป การปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีในชั้นบรรยากาศและพื้นที่รอบ ๆ แท่นยิงจรวดอาจเกิดขึ้นได้ ปัญหาหลักคือที่อุณหภูมิสูงตัวเครื่องยนต์เองพร้อมกับยานอวกาศอาจ 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
ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นของไหลทำงานใน RD-0410 ซึ่งอยู่ในรูปของเหลวผ่าน "เสื้อทำความเย็น" เพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากผนังของหัวฉีดและป้องกันไม่ให้ละลาย จากนั้นเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งถูกให้ความร้อน ถึง 3,000K และปล่อยผ่านหัวฉีดแบบช่อง 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 ด้วยสนามแม่เหล็กแรงสูงโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง 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
การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบใช้ก๊าซได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียตเป็นเวลาสองทศวรรษ 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 นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่จากไปไม่สามารถนำกลับคืนมาได้ 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 (ก๊าซเฉื่อยหรือไอระเหยของโลหะอัลคาไล) 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 ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้พัฒนาและผู้ผลิตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศเพียงรายเดียวของโลก 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 รวมถึงการทดสอบระบบการแปลงพลังงานของเครื่องจักรเทอร์โบและหน่วยกำลังต้นแบบโดยอัตโนมัติ งานเสร็จมีกำหนดสิ้นปี 2561 ปีหน้า แต่ตั้งแต่ปี 2558 งานในมือเริ่มสะสม
ดังนั้นทันทีที่มีการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งนี้ รัสเซียจะกลายเป็นประเทศแรกในโลกที่มีเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ ซึ่งจะเป็นพื้นฐานไม่เพียงแต่สำหรับโครงการในอนาคตสำหรับการสำรวจระบบสุริยะเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงพลังงานภาคพื้นดินและนอกโลกด้วย . โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อวกาศสามารถใช้เพื่อสร้างระบบสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกลไปยังโลกหรือไปยังโมดูลอวกาศโดยใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และนี่ก็จะกลายเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งอนาคตที่ประเทศเราจะเป็นผู้นำ
จากการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าพลาสมา ระบบขับเคลื่อนอันทรงพลังจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการบินของมนุษย์ในระยะไกลสู่อวกาศ และประการแรกคือ สำหรับการสำรวจดาวอังคาร ซึ่งสามารถไปถึงวงโคจรได้ในเวลาเพียง 1.5 เดือน และไม่ใช่ใน มากกว่าหนึ่งปีเหมือนกับเมื่อใช้เครื่องยนต์ไอพ่นเคมีทั่วไป
และอนาคตจะเริ่มต้นด้วยการปฏิวัติพลังงานเสมอ และไม่มีอะไรอื่นอีก พลังงานถือเป็นพลังงานหลักและเป็นปริมาณการใช้พลังงานที่ส่งผลต่อความก้าวหน้าทางเทคนิค ความสามารถในการป้องกัน และคุณภาพชีวิตของผู้คน

เครื่องยนต์จรวดพลาสมาทดลองของ NASA

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวโซเวียต Nikolai Kardashev เสนอระดับการพัฒนาอารยธรรมย้อนกลับไปในปี 1964 ตามระดับนี้ ระดับการพัฒนาทางเทคโนโลยีของอารยธรรมขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ประชากรโลกใช้เพื่อความต้องการ ดังนั้นอารยธรรมประเภทที่ 1 จึงใช้ทรัพยากรทั้งหมดที่มีอยู่บนโลก อารยธรรม Type II - รับพลังงานของดาวฤกษ์ในระบบที่มันตั้งอยู่ และอารยธรรมประเภทที่ 3 ใช้พลังงานที่มีอยู่จากกาแลคซีของมัน มนุษยชาติยังไม่สุกงอมพอที่จะมีอารยธรรมประเภท 1 ในระดับนี้ เราใช้เพียง 0.16% ของพลังงานสำรองที่มีศักยภาพทั้งหมดของโลก ซึ่งหมายความว่ารัสเซียและทั่วโลกมีพื้นที่ที่จะเติบโต และเทคโนโลยีนิวเคลียร์เหล่านี้จะเปิดทางให้ประเทศของเราไม่เพียงแต่ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเจริญรุ่งเรืองทางเศรษฐกิจในอนาคตด้วย
และบางที ทางเลือกเดียวสำหรับรัสเซียในแวดวงวิทยาศาสตร์และเทคนิคคือการสร้างความก้าวหน้าทางการปฏิวัติในเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ เพื่อเอาชนะความล่าช้าหลายปีตามหลังผู้นำในการ "ก้าวกระโดด" เพียงครั้งเดียว และมุ่งตรงไปที่จุดกำเนิดของ การปฏิวัติทางเทคโนโลยีใหม่ในวัฏจักรต่อไปของการพัฒนาอารยธรรมมนุษย์ โอกาสพิเศษดังกล่าวตกอยู่กับประเทศใดประเทศหนึ่งเพียงครั้งเดียวทุกๆ 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 [ป้องกันอีเมล] ,
เว็บไซต์: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

คุณสามารถสมัครรับนิตยสาร Arsenal of the Fatherland เวอร์ชันอิเล็กทรอนิกส์ได้โดยใช้ลิงก์
ค่าสมัครสมาชิกรายปี -
12,000 ถู

บ่อยครั้งในสิ่งพิมพ์เพื่อการศึกษาทั่วไปเกี่ยวกับอวกาศ พวกเขาไม่ได้แยกแยะความแตกต่างระหว่างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) และระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ (NURE) อย่างไรก็ตาม คำย่อเหล่านี้ไม่เพียงซ่อนความแตกต่างในหลักการของการแปลงพลังงานนิวเคลียร์เป็นแรงขับของจรวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประวัติศาสตร์ที่น่าทึ่งของการพัฒนาอวกาศอีกด้วย

ละครแห่งประวัติศาสตร์อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหากการวิจัยเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์และการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกหยุดด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจเป็นหลัก ยังคงดำเนินต่อไป เที่ยวบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคารคงกลายเป็นเรื่องปกติไปนานแล้ว

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยเครื่องบินบรรยากาศที่มีเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ท

นักออกแบบในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตพิจารณาการติดตั้งนิวเคลียร์แบบ "หายใจ" ที่สามารถดึงอากาศภายนอกและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิมหาศาล อาจเป็นไปได้ว่าหลักการของการสร้างแรงขับนี้ถูกยืมมาจากเครื่องยนต์ ramjet แต่ใช้พลังงานฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียมไดออกไซด์ 235 แทนเชื้อเพลิงจรวด

ในสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโต ชาวอเมริกันสามารถสร้างต้นแบบเครื่องยนต์ใหม่ได้สองแบบ ได้แก่ Tory-IIA และ Tory-IIC ซึ่งขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยซ้ำ 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 โครงการนี้กำหนดให้การไหลของไฮโดรเจนผ่านตัวสะท้อนและตัวหน่วงไฟเป็นครั้งแรก โดยคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงเข้าสู่แกนกลาง ซึ่งจะทำให้ชุดเชื้อเพลิงเย็นลง โดยให้ความร้อนสูงถึง 3100 เคลวิน ที่ขาตั้ง ตัวสะท้อนแสงและตัวหน่วงไฟอยู่ที่ 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)

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์มีสามประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์:

• เฟสของแข็ง
• เฟสของเหลว
• เฟสแก๊ส

สิ่งที่สมบูรณ์ที่สุดคือเครื่องยนต์รุ่นโซลิดเฟส รูปนี้แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่ง่ายที่สุดพร้อมเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็ง สารทำงานอยู่ในถังภายนอก เมื่อใช้ปั๊มจะถูกส่งไปยังห้องเครื่องยนต์ ในห้องนั้น สารทำงานจะถูกพ่นโดยใช้หัวฉีดและสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง เมื่อถูกความร้อนจะขยายตัวและบินออกจากห้องผ่านหัวฉีดด้วยความเร็วสูง

ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้เฟสก๊าซ เชื้อเพลิง (เช่น ยูเรเนียม) และของไหลทำงานจะอยู่ในสถานะก๊าซ (ในรูปของพลาสมา) และถูกกักไว้ในพื้นที่ทำงานโดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้า พลาสมายูเรเนียมที่ถูกให้ความร้อนถึงหลายหมื่นองศาจะถ่ายเทความร้อนไปยังของไหลทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) ซึ่งในทางกลับกัน เมื่อถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะก่อให้เกิดกระแสเจ็ตสตรีม

ขึ้นอยู่กับประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเครื่องยนต์จรวดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัส และเครื่องยนต์นิวเคลียร์เอง (ใช้พลังงานของการแยกตัวของนิวเคลียร์)

ตัวเลือกที่น่าสนใจก็คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่ง - เสนอให้ใช้ประจุนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงาน (เชื้อเพลิง) การติดตั้งดังกล่าวอาจเป็นได้ทั้งภายในและภายนอก

ข้อดีหลักของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์คือ:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง
• พลังงานสำรองที่สำคัญ
• ความกะทัดรัดของระบบขับเคลื่อน
• ความเป็นไปได้ที่จะได้รับแรงผลักดันที่สูงมาก - นับสิบแสนตันในสุญญากาศ

ข้อเสียเปรียบหลักคืออันตรายจากรังสีสูงของระบบขับเคลื่อน:

• ฟลักซ์ของรังสีทะลุทะลวง (รังสีแกมมา นิวตรอน) ระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์
• การกำจัดสารประกอบกัมมันตภาพรังสีสูงของยูเรเนียมและโลหะผสม
• 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 เพิ่มความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ และทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปได้

ลิงค์:

ใน หนึ่งในส่วนใน LiveJournal วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์เขียนเกี่ยวกับเครื่องจักรนิวเคลียร์และเทอร์โมนิวเคลียร์อยู่ตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นเครื่องปฏิกรณ์ การติดตั้ง ห้องปฏิบัติการวิจัย เครื่องเร่งความเร็ว และอื่นๆ อีกมากมาย ขีปนาวุธรัสเซียลูกใหม่ซึ่งเป็นพยานในระหว่างการกล่าวปราศรัยประธานาธิบดีประจำปี กระตุ้นความสนใจของบล็อกเกอร์รายนี้ และนี่คือสิ่งที่เขาพบในหัวข้อนี้

ใช่ ในอดีตมีการพัฒนาขีปนาวุธล่องเรือด้วยเครื่องยนต์อากาศนิวเคลียร์ ramjet: ขีปนาวุธ SLAM ในสหรัฐอเมริกาพร้อมเครื่องปฏิกรณ์ TORY-II, แนวคิด Avro Z-59 ในสหราชอาณาจักร, การพัฒนาในสหภาพโซเวียต

การแสดงแนวคิดจรวด Avro Z-59 ที่ทันสมัย ​​ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 20 ตัน

อย่างไรก็ตาม งานทั้งหมดนี้ดำเนินการในช่วงทศวรรษที่ 60 โดยมีการวิจัยและพัฒนาในระดับความลึกที่แตกต่างกัน (สหรัฐอเมริกาไปไกลที่สุดตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง) และไม่ได้ดำเนินการต่อในรูปแบบของแบบจำลองที่ให้บริการ เราไม่เข้าใจสิ่งนี้ด้วยเหตุผลเดียวกับการพัฒนายุคอะตอมอื่นๆ เช่น เครื่องบิน รถไฟ ขีปนาวุธที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ตัวเลือกยานพาหนะทั้งหมดเหล่านี้ ซึ่งมีข้อดีบางประการจากความหนาแน่นของพลังงานอย่างบ้าคลั่งในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มีข้อเสียที่ร้ายแรงมาก เช่น ต้นทุนสูง ความซับซ้อนในการใช้งาน ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยอย่างต่อเนื่อง และสุดท้ายคือผลลัพธ์การพัฒนาที่ไม่น่าพอใจ ซึ่งไม่ค่อยมีใครทราบ (โดย การเผยแพร่ผลการวิจัยและพัฒนาจะทำกำไรได้มากกว่าสำหรับทุกฝ่ายที่แสดงความสำเร็จและซ่อนความล้มเหลว)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับขีปนาวุธล่องเรือ การสร้างเรือบรรทุก (เรือดำน้ำหรือเครื่องบิน) ที่จะ "ลาก" เครื่องยิงขีปนาวุธจำนวนมากไปยังจุดปล่อยนั้นง่ายกว่ามาก แทนที่จะใช้กองเรือขนาดเล็กหลอกล่อ (และเป็นเรื่องยากอย่างไม่น่าเชื่อในการพัฒนากองเรือขนาดใหญ่ ) ของขีปนาวุธร่อนที่ยิงจากดินแดนของตนเอง ในที่สุดผลิตภัณฑ์ที่เป็นสากล ราคาถูก และผลิตจำนวนมากก็มีชัยเหนือผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กและมีราคาแพงซึ่งมีข้อได้เปรียบที่ไม่ชัดเจน ขีปนาวุธร่อนนิวเคลียร์ไม่ได้ไปไกลกว่าการทดสอบภาคพื้นดิน

ในความคิดของฉัน จุดจบของแนวคิดทางตันในยุค 60 ของสาธารณรัฐคีร์กีซที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ยังคงมีความเกี่ยวข้องอยู่ในขณะนี้ ดังนั้นคำถามหลักสำหรับคำถามที่แสดงคือ "ทำไม??" แต่สิ่งที่ทำให้โดดเด่นยิ่งขึ้นคือปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างการพัฒนา การทดสอบ และการใช้งานอาวุธดังกล่าว ซึ่งเราจะหารือต่อไป

เรามาเริ่มกันที่เครื่องปฏิกรณ์กันก่อน แนวคิด SLAM และ Z-59 เป็นจรวดบินต่ำขนาด 3 มัคที่มีขนาดและน้ำหนักที่น่าประทับใจ (20+ ตันหลังจากเครื่องกระตุ้นการปล่อยถูกทิ้ง) ความเร็วเหนือเสียงที่บินต่ำที่มีราคาแพงมากทำให้สามารถใช้ประโยชน์สูงสุดจากการมีอยู่ของแหล่งพลังงานที่ไม่ จำกัด บนเรือ นอกจากนี้คุณสมบัติที่สำคัญของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์คือปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงาน (วงจรอุณหพลศาสตร์) ด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น เช่น แนวคิดเดียวกัน แต่ที่ความเร็ว 1,000 กม./ชม. มันจะมีเครื่องยนต์ที่หนักกว่าและใหญ่กว่ามาก ในที่สุด 3M ที่ระดับความสูง 100 เมตรในปี 2508 หมายถึงความคงกระพันในการป้องกันทางอากาศ ปรากฎว่า ก่อนหน้านี้ แนวคิดของเครื่องยิงขีปนาวุธที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ถูก "ผูกมัด" ด้วยความเร็วสูงซึ่งข้อดีของแนวคิดนี้แข็งแกร่งและ คู่แข่งที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอ่อนตัวลง ในความคิดของฉัน จรวดที่แสดงนั้นดูเป็นทรานโซนิกหรือเปรี้ยงปร้าง (ถ้าแน่นอน คุณเชื่อว่าเป็นเธอในวิดีโอ) แต่ในขณะเดียวกันขนาดของเครื่องปฏิกรณ์ก็ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับทอรี่-II จากจรวดสแลมซึ่งมีความสูงถึง 2 เมตร รวมทั้งตัวสะท้อนแสงนิวตรอนแนวรัศมีที่ทำจากกราไฟท์

เป็นไปได้ไหมที่จะติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.4-0.6 เมตร?

เริ่มจากเครื่องปฏิกรณ์ที่มีพื้นฐานน้อยที่สุดนั่นคือหมู Pu239 ตัวอย่างที่ดีของการนำแนวคิดดังกล่าวไปใช้คือเครื่องปฏิกรณ์อวกาศกิโลพาวเวอร์ ซึ่งใช้ U235 เส้นผ่านศูนย์กลางของแกนเครื่องปฏิกรณ์เพียง 11 เซนติเมตร! หากเราเปลี่ยนมาใช้พลูโทเนียม 239 ขนาดของแกนกลางจะลดลงอีก 1.5-2 เท่า จากขนาดที่เล็กที่สุดเราจะเริ่มก้าวไปสู่เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์จริงโดยจดจำความยากลำบาก

สิ่งแรกที่จะเพิ่มขนาดของเครื่องปฏิกรณ์คือขนาดของตัวสะท้อนแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน Kilopower BeO จะเพิ่มขนาดเป็นสามเท่า ประการที่สองเราไม่สามารถใช้ช่องว่าง U หรือ Pu ได้ - พวกมันจะทำให้การไหลของอากาศไหม้ภายในเวลาเพียงไม่กี่นาที จำเป็นต้องมีเปลือก เช่น จากอินคาลอยซึ่งต้านทานการเกิดออกซิเดชันทันทีสูงถึง 1,000 C หรือโลหะผสมนิกเกิลอื่นๆ ที่อาจเคลือบด้วยเซรามิก การนำวัสดุเปลือกจำนวนมากเข้าไปในแกนกลางจะเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ต้องการหลาย ๆ ครั้งในคราวเดียว - ท้ายที่สุดแล้ว การดูดซับนิวตรอนในแกนกลางที่ "ไม่ก่อผล" ได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว!

ยิ่งไปกว่านั้น รูปแบบโลหะของ U หรือ Pu ไม่เหมาะอีกต่อไป - วัสดุเหล่านี้เองไม่ทนไฟ (โดยทั่วไปพลูโทเนียมจะละลายที่ 634 C) และยังทำปฏิกิริยากับวัสดุของเปลือกโลหะด้วย เราแปลงเชื้อเพลิงให้เป็นรูปแบบคลาสสิกของ UO2 หรือ PuO2 - เราได้เจือจางวัสดุในแกนกลางอีกครั้ง คราวนี้ใช้ออกซิเจน

สุดท้ายนี้ เรามาจำจุดประสงค์ของเครื่องปฏิกรณ์กัน เราจำเป็นต้องสูบอากาศเข้าไปเป็นจำนวนมากซึ่งเราจะปล่อยความร้อนออกไป ประมาณ 2/3 ของพื้นที่จะถูกครอบครองโดย “ท่ออากาศ”

เป็นผลให้เส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำของแกนเพิ่มขึ้นเป็น 40-50 ซม. (สำหรับยูเรเนียม) และเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องปฏิกรณ์ที่มีตัวสะท้อนแสงเบริลเลียม 10 เซนติเมตรเป็น 60-70 ซม. การกระตุกเข่าของฉันประมาณว่า "โดยการเปรียบเทียบ" คือ ได้รับการยืนยันจากการออกแบบเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ไมตรี ออกแบบมาสำหรับการบินในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี โครงการกระดาษที่สมบูรณ์นี้ (เช่น อุณหภูมิแกนกลางจะถือว่าอยู่ที่ 3,000 K และผนังทำจากเบริลเลียมซึ่งสามารถทนได้มากที่สุด 1,200 K) มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่คำนวณจากนิวทรอนิกส์ 55.4 ซม. แม้ว่าจะเย็นลงก็ตาม ด้วยไฮโดรเจนทำให้สามารถลดขนาดของช่องที่สูบสารหล่อเย็นลงได้เล็กน้อย

ในความคิดของฉันเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ในอากาศสามารถถูกผลักเข้าไปในจรวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งเมตรซึ่งยังคงไม่ใหญ่กว่าที่ระบุไว้อย่างสิ้นเชิง 0.6-0.74 ม. แต่ก็ยังน่าตกใจ ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะมีกำลัง ~ หลายเมกะวัตต์ ขับเคลื่อนโดยการสลายตัว ~ 10^16 ต่อวินาที ซึ่งหมายความว่าตัวเครื่องปฏิกรณ์จะสร้างสนามรังสีของเรินต์เกนหลายหมื่นตัวที่พื้นผิว และมากถึงหนึ่งพันเรินต์เกนตลอดทั้งจรวด แม้แต่การติดตั้งการป้องกันภาคส่วนหลายร้อยกิโลกรัมก็ไม่ได้ลดระดับเหล่านี้ลงอย่างมีนัยสำคัญเพราะ รังสีนิวตรอนและแกมมาจะสะท้อนจากอากาศและ “เลี่ยงการป้องกัน”

ในเวลาไม่กี่ชั่วโมง เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวจะผลิตผลผลิตฟิชชันประมาณ 10^21-10^22 อะตอม c โดยมีฤทธิ์ของเพตาแบ็กเคอเรลหลายตัว (หลายสิบ) ซึ่งแม้จะปิดเครื่องแล้วก็ยังสร้างพื้นหลังหลายพันเรินต์เกนใกล้กับเครื่องปฏิกรณ์

การออกแบบจรวดจะเปิดใช้งานได้ประมาณ 10^14 Bq แม้ว่าไอโซโทปจะเป็นตัวปล่อยบีตาเป็นหลักและจะเป็นอันตรายจากรังสีเอกซ์ bremsstrahlung เท่านั้น พื้นหลังจากโครงสร้างสามารถเข้าถึงเรินต์เกนหลายสิบตัวที่ระยะ 10 เมตรจากตัวจรวด

“ความสนุก” ทั้งหมดนี้ทำให้มีความคิดว่าการพัฒนาและทดสอบจรวดดังกล่าวเป็นงานที่ใกล้จะเป็นไปได้ จำเป็นต้องสร้างอุปกรณ์นำทางและควบคุมที่ทนต่อรังสีทั้งชุดเพื่อทดสอบทั้งหมดด้วยวิธีที่ค่อนข้างครอบคลุม (รังสี อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน - และทั้งหมดนี้สำหรับสถิติ) การทดสอบการบินด้วยเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้งานได้อาจกลายเป็นหายนะจากการแผ่รังสีโดยปล่อยดินเผานับร้อยไปยังเพทาเบ็กเคอเรลหลายจุด แม้ว่าจะไม่มีสถานการณ์ภัยพิบัติ แต่ยังมีความเป็นไปได้สูงที่จะเกิดการกดดันขององค์ประกอบเชื้อเพลิงแต่ละส่วนและการปล่อยนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี

แน่นอนว่าในรัสเซียยังคงมีอยู่สถานที่ทดสอบ Novozemelsky ซึ่งสามารถดำเนินการทดสอบดังกล่าวได้ แต่จะขัดต่อเจตนารมณ์ของข้อตกลงว่าด้วยห้ามการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ในสามสภาพแวดล้อม (การห้ามถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันมลพิษอย่างเป็นระบบของบรรยากาศและมหาสมุทรจากนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี)

สุดท้ายนี้ ฉันสงสัยว่าใครในสหพันธรัฐรัสเซียสามารถพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์เช่นนี้ได้ ตามเนื้อผ้า สถาบัน Kurchatov (การออกแบบและการคำนวณทั่วไป), Obninsk IPPE (การทดสอบเชิงทดลองและเชื้อเพลิง) และสถาบันวิจัย Luch ใน Podolsk (เทคโนโลยีเชื้อเพลิงและวัสดุ) ในตอนแรกเกี่ยวข้องกับเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง ต่อมา ทีมงาน NIKIET ได้มีส่วนร่วมในการออกแบบเครื่องจักรดังกล่าว (เช่น เครื่องปฏิกรณ์ IGR และ IVG เป็นต้นแบบของแกนกลางของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ RD-0410)

วันนี้ NIKIET มีทีมนักออกแบบที่ดำเนินงานเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ ( RUGK ระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูง ,เครื่องปฏิกรณ์เร็วเอ็มบีอาร์, ) และ IPPE และ Luch ยังคงมีส่วนร่วมในการคำนวณและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องตามลำดับ ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา สถาบัน Kurchatov ได้ก้าวไปสู่ทฤษฎีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มากขึ้น

โดยสรุป ฉันอยากจะบอกว่าการสร้างขีปนาวุธล่องเรือด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นด้วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปเป็นงานที่เป็นไปได้ แต่ในขณะเดียวกันก็มีราคาแพงและซับซ้อนมากซึ่งต้องใช้การระดมทรัพยากรมนุษย์และการเงินอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับฉันดูเหมือนว่ามีขอบเขตมากกว่าโครงการที่ประกาศอื่น ๆ ทั้งหมด (" Sarmat", "Dagger", "Status-6", "Vanguard") เป็นเรื่องแปลกมากที่การระดมพลครั้งนี้ไม่ทิ้งร่องรอยแม้แต่น้อย และที่สำคัญที่สุดคือยังไม่ชัดเจนว่าประโยชน์ของการได้รับอาวุธประเภทดังกล่าว (เทียบกับพื้นหลังของผู้ให้บริการที่มีอยู่) คืออะไร และพวกเขาจะมีมากกว่าข้อเสียหลายประการได้อย่างไร - ปัญหาความปลอดภัยของรังสี ต้นทุนสูง ความเข้ากันไม่ได้กับสนธิสัญญาลดอาวุธเชิงกลยุทธ์ .

ป.ล. อย่างไรก็ตาม “แหล่งข่าว” กำลังเริ่มทำให้สถานการณ์เบาลงแล้ว: “แหล่งข่าวใกล้กับศูนย์อุตสาหกรรมการทหารกล่าวว่า “เวโดมอสตี "มั่นใจในความปลอดภัยของรังสีในระหว่างการทดสอบจรวด แหล่งข่าวกล่าวว่าการติดตั้งนิวเคลียร์บนเรือจำลองด้วยไฟฟ้า