Ядерный двигатель для космических кораблей 2021

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Ядерный двигатель для космических кораблей 2021». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.

Содержание

1. NASA возвращается к идее создания ядерного двигателя для космических кораблей

2. Российские учёные создали первый в мире космический ядерный двигатель

3. Программа DARPA DRACO создание космического корабля с ядерным двигателем

3.1. Тип I, экспонат 1: орион-привод

4. Россия показала ядерный «Зевс»

5. О судьбе идеи ядерного ракетного двигателя для полётов в глубокий космос

6. В США начали разрабатывать ядерный двигатель для космического корабля

До сих пор только НАСА добралось до Юпитера. Первое исследование планеты и его спутников началось в 1973 году с пролета «Пионера-10». По состоянию на 2016 году десяток космических миссий также быстро посетили систему Юпитера, в основном для того, чтобы воспользоваться его гравитационной помощью для достижения другого пункта назначения. Только двое из них, Галилей и Юнона, выполняли там расширенные миссии. В настоящее время Европейское космическое агентство разрабатывает миссию Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), запуск которой запланирован на 2022 год. Это будет первая миссия к внешним планетам Солнечной системы, не предлагаемая НАСА. Зонд совершит несколько пролетов над спутниками Каллисто, Европа и Ганимед. Затем он выйдет на орбиту последнего в 2032 году для дальнейшего изучения.

Наконец, три года назад НАСА подтвердило свое намерение сосредоточиться на изучении Европы. Мы знаем, что под поверхностью спутника находится глобальный океан, который, скорее всего, соленый и может поддерживать жизнь. Чтобы попытаться определить это, американское агентство готовит миссию под названием Europa Clipper. Обычно предполагалось, что зонд будет запущен в 2024 году на борту частной ракеты-носителя, прибытие которой запланировано на 2029 или 2030 год.

В то же время, похоже, что Россия также нацелилась на систему Юпитера. Роскомос, космическое агентство страны, только что объявил о плане исследования Юпитера.

Во время своего путешествия, которое продлится чуть более четырех лет, зонд сделает первую «остановку» вокруг Луны, чтобы сбросить орбитальный аппарат. Затем корабль пройдет через Венеру, чтобы выполнить гравитационный манёвр. Россия также воспользуется возможностью доставить на место разведочный зонд, прежде чем отправиться к Юпитеру.

Большинство космических аппаратов полагаются на солнечные батареи для преобразования солнечной энергии в электричество. Однако, чем глубже космический корабль проникает в космос, тем меньше солнечной энергии доступно. Для этой миссии Россия будет использовать полный 500-киловаттный ядерный реактор под названием «Зевс», полагаясь на реакции деления для приведения в движение.

Некоторые миссии, такие как «Кассини» и «Вояджер», питались (и до сих пор используются для зондов «Вояджер») от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ), который очень похож на ядерную батарею, использующую тепло радиоактивного распада изотопов. Однако РТГ, строго говоря, не являются ядерными реакторами, поскольку в них не происходит цепной реакции.

В настоящее время Пентагон прорабатывает концепцию «быстрого маневра в пространстве между Землей и Луной». Предлагаются комплексы и системы разного назначения, способные быстро выводить на орбиту необходимую нагрузку и решать те или иные возникающие задачи. При этом предъявляются особые требования к характеристикам ракеты-носителя и корабля с полезной нагрузкой. Именно последний предлагается разработать в рамках новой программы.

Программа получила название DRACO – Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations («Демонстрационная ракета для гибких операций в пределах орбиты Луны»). Как следует из такого названия, пока речь идет о ракетно-космическом комплексе-демонстраторе технологий. Первый старт ракеты и корабля нового типа собираются провести не позднее 2025 г.

Ключевым вопросом программы DARPA является выбор двигательной установки. В DARPA считают, что современные химические и перспективные электрические ракетные двигатели имеют невыгодное соотношение ключевых характеристик, и потому не вполне подходят для использования в «быстром маневре».

Выходом из такой ситуации должен стать ядерный ракетный двигатель (ЯРД), обозначенный как Nuclear Thermal Propulsion (NTP). Специально для DRACO предлагается разработать такой двигатель с заданным уровнем характеристик. Предполагается, что ЯРД с высокой удельной мощностью и высокой экономичностью даст кораблю необходимые характеристики.

Поиск будущих участников проекта начался в прошлом году. Сообщалось о скором подписании контрактов с крупными организациями, имеющими большой опыт в ракетно-космической сфере. Не исключалось возможность привлечения небольших организаций с необходимыми компетенциями. Недавно процесс поиска завершился подписанием контрактов с подрядчиками.

12 апреля агентство DARPA сообщило о старте проектных работ DRACO и о выборе подрядчиков. Разработкой новых технологий и агрегатов займутся компании General Atomics, Gryphon Technologies, Blue Origins и Lockheed Martin. Перед ними ставятся задачи разного рода, в т.ч. достаточно сложные.

Ранее уже сообщалось, что программа DRACO будет разделена на несколько этапов, каждый из которых будет решать свои задачи. Первый из них, стартующий прямо сейчас, продлится 18 месяцев и завершится осенью следующего года.

Его разделяют на два основных направления, в ходе которых будут решаться свои задачи разного рода. Целью проекта «Track A» является создание определение общего облика двигательной установки на основе NTP и последующая разработка эскизного проекта. Подрядчиком по «Треку «А» становится компания General Atomics. Разработкой основных компонентов реактора займется компания Gryphon Technologies.

Blue Origin и Lockheed Martin будут параллельно работать на направлении «Track B». Им предстоит разработать два проекта космических кораблей. Первым следует выполнить т.н. демонстрационный образец Demonstration System (DS), предназначенный для испытаний. Затем на его основе создадут изделие Operational System (OS), предназначенное для полноценной эксплуатации.

Отмечается, что проекты DS и OS не являются основными составляющими программы. Основное внимание в ближайшее время будет уделяться ядерной двигательной установке NTP. Необходимо найти необходимые технологии и сформировать основные особенности ее конструкции. Также DARPA и подрядчикам предстоит проработать вопросы безопасности.

DARPA уже анонсирует следующие этапы программы, но обходится без излишних подробностей. К следующей осени будет сформирован облик ракетно-космической системы, после чего стартует разработка полноценного проекта. Первый старт запланирован на 2025 г. По очевидным причинам, разработчики DRACO пока не могут раскрыть все технические аспекты проекта.

NASA возвращается к идее создания ядерного двигателя для космических кораблей

В США к разработке ЯРД приступили в начале 1960-х. Тогда американцы уже были нацелены на Луну и мечтали о Марсе. А лететь к нему лучше на ядерном двигателе: у него выше тяга, дольше срок эксплуатации и время работы на одном включении. Вернер фон Браун, ставший отцом американской космонавтики, рассчитывал отправить первые пилотируемые миссии на Марс уже в 1980-е.

Два года назад появились сообщения о том, что США возобновляют исследования по этой тематике. Причём мирные цели и задачи теперь переплетены с военными, что и не скрывается. Агентство оборонных исследований DARPA в своём бюджете на 2021 год выделило 158 млн долларов на космические программы и технологии, связанные с американской лунной программой, в том числе с разработкой ракеты с ЯРД.

На первый взгляд, эти двигатели выглядят слишком сложными. Однако, как и в случае с таким большим количеством технологий, основной принцип довольно прост. Ракеты всех типов работают за счет ускорения газообразного или жидкого вещества в одном направлении, заставляя двигатель двигаться в другом направлении. Это достигается с помощью сопла — для ускорения газового потока, генерируемого двигателем. Как правило, чем выше температура отработавших газов, тем больше скорость, при которой они выходят из сопла; чем больше скорость, тем больше тяга двигателя.

Согласно источникам, Россия пытается реализовать ряд проектов с использованием очень маленьких ядерных двигателей для ракет и даже торпед. Полученные в результате высокие скорости и увеличенная дальность действия ракет делают их очень подвижным и опасным оружием, способным обойти все существующие системы противоракетной обороны.

Торпеда или беспилотная подводная лодка также обладали бы скоростью и выносливостью, которые представляли бы весьма серьезную угрозу для всех действующих военно-морских оборонительных систем.

Агентство по перспективным оборонным исследовательским проектам (DARPA) выбрало три крупные космические компании для первой фазы более крупного проекта по испытанию ядерного двигателя над низкой околоземной орбитой к 2025 году.

США заявили, что уверены в готовности ядерного ракетного двигателя к испытаниям до 2025 года. Три компании — General Atomics, Blue Origin и Lockheed Martin получили контракты на первую фазу программы DRACO (Демонстрационная ракета для маневренных операций). В то время как DARPA не раскрыла стоимость контракта в своем объявлении, СМИ Space News сообщили, что General Atomics получила $22 миллиона, Lockheed Martin — $2,9 миллиона и Blue Origin — $2,5 миллиона.

«Команды были отобраны в связи с их способностью разрабатывать и развертывать современные системы для реакторов, двигателей и космических аппаратов», говорится в заявлении DARPA. Агентство, в частности, подчеркнуло необходимость «быстрого маневра» для военных систем.

Российские учёные создали первый в мире космический ядерный двигатель

О том, что на химических ракетах покорение Солнечной системы будет затруднительным, было известно еще во времена Циолковского. И варианты альтернативных видов топлива предлагались давно. Когда человек приручил мирный атом, встал вопрос о том, как применить его для обеспечения движения в космосе. Были даже идеи использовать атомные бомбы: сбрасывать их с корабля, подрывать на удалении и использовать импульс плазмы через систему амортизаторов.

Такой «взрыволет» (ядерно-импульсный космический корабль) даже проходил испытания в конце 1950-х годов в США. Метр в диаметре, 105 килограммов веса — правда, обошлось без подрыва ядерных бомб. Их заменили на килограммовые шары взрывчатки C4. Получилось как минимум интересно.

Если в описанных выше ядерных двигателях реактор непосредственно «крутил колеса» для движения, то в ЯЭДУ его задача сводится к выработке энергии для установки, которая будет «крутить колеса». Газ от реактора крутит турбину, турбина крутит генератор, генератор вырабатывает электричество для плазменного двигателя — так вкратце это работает. И, в отличие от прямоточного ядерного двигателя, никакой радиоактивной струи на выходе из двигателя.

— Если на Земле в качестве третьего контура ядерного реактора мы можем использовать крупные водные объекты, такие как озера или реки, а реактивные двигатели на основе атомных реакторов охлаждаются набегающим потоком воздуха, то в космосе аппарат находится в вакууме, теплоноситель охлаждается только за счет излучения. Это требует применения огромных холодильников-излучателей (ХИ), которые становятся самыми тяжелыми элементами ядерных установок.

Около 15 лет назад революцию в области разработки орбитальных энергоустановок сделали наши ученые, предложившие использование так называемого капельного ХИ. Это установка, похожая на душ, в которой жидкий теплоноситель второго контура не циркулирует в трубах, а распыляется наружу в виде капель прямо в открытое космическое пространство, там отдает тепло, затем улавливается и проходит цикл заново. В настоящее время эта технология только готовится к испытанию на орбите.

В России в 2009 году объявили о начале работ над ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного класса силами предприятий «Роскосмоса» и «Росатома». Испытания макета в космосе должны были состояться 30 марта этого года, но пока о них ничего не слышно. С помощью этой установки Россия планирует начать освоение Солнечной системы.

На современных двигателях низкопотенциальное (избыточное) тепло, которое может повредить бортовую аппаратуру, выводится в окружающее пространство (космос) через трубы панельных радиаторов, где циркулирует жидкость-теплоноситель. Такая система охлаждения представляет собой громоздкую конструкцию, не защищённую к тому же от попадания метеоритов.

Российские учёные изобрели принципиально новую схему отвода тепла. С помощью генератора холодильник-излучатель формирует капельные струйки горячего теплоносителя, который охлаждается на пути к гидросборнику и, собираясь в нём, направляется снова в рабочий контур. Подобная технология не предусматривает использования труб и таким образом облегчает конструкцию системы охлаждения.

По словам главы USNC-Tech Майкла Идса (Michael Eades), ядерный двигатель будет более эффективен для полетов на дальние планеты, чем химический двигатель. Как минимум, он позволит быстро преодолевать большие расстояния, сжигая меньше топлива. Использование меньшего количества топлива должно заметно снизить стоимость космических полетов. А быстрый полет сократит время воздействия космической радиации на организмы членов экипажа корабля. Люди еще ни разу не летали на далекие планеты. Но считается, что космическая радиация может вызвать лучевую болезнь, повысить риск возникновения рака в течение жизни и разрушить нервную систему человека.

Итак, компания смогла разработать подходящее топливо. Но как защитить членов экипажа корабля от радиации? По словам Майкла Идса, хранящееся между двигателем и жилым сегментом корабля жидкое топливо должно хорошо блокировать радиоактивные частицы. При проектировании корабля важно будет сделать так, чтобы будущие колонисты Марса находились как можно дальше от реактора. И все, проблему можно считать решенной.

Конечно же, все космические буксиры изначально работают в беспилотном режиме, предвосхищая эру всеобщего беспилотного транспорта. Он называются, в зависимости от их предназначения, разгонными блоками (РБ) или разгонно-тормозными блоками (РТБ). Например, это РТБ “Д” советской ракеты-носителя H-1, ставший прародителем серии известных разгонных блоков серии “ДМ”. Его назначение заключилось в выводе пилотируемого лунного комплекса на орбиту Луны и отправке к ней посадочного лунного корабля. По завершении своей миссии блок “Д” должен был выключиться и остаться на окололунной орбите – до тех пор, пока он не разбивался о поверхность Луны из-за гравитационных возмущений.

Ионные и плазменные РД уже давно и активно применяются в космосе, причем одним из основных их поставщиков на мировой рынок является Россия. Отработана и технология ядерных энергетических установок. Поэтому задача поначалу кажется простой – надо отмасштабировать существующие технологии по мощности, подняв отдачу ядерной энергетической установки до мегаваттного класса и увеличив тягу РД.

Вот здесь и возникает основная проблема. Ядерные ЭУ работают с ограниченным КПД, например, порядка 25%. Остальные 75% выделяемой тепловой энергии надо отводить от установки, чтобы она не раскалилась, как маленькое Солнце. На Земле автомобили охлаждаются воздухом, электростанции – водой из отстойников и водохранилищ. Но в безвоздушном и безводном пространстве космоса нет ни того, ни другого. Если говорить о химических и ядерных РД, то они эффективно охлаждаются за счет истечения нагретой реактивной струи, которая уносит с собой избыточную тепловую энергию. Но реактивная струя ионного или плазменного РД уносит с собой только ту часть энергии, которая определяется его собственным КПД, и то не всю. Что же касается тепла ЯЭУ, то его надо сбрасывать за счет теплового излучения.

Вот мы и подобрались к главным лозунгам современности. В 2010 году Роскосмос утвердил техническое задание на создание ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса. Эскизный проект был подготовлен РКК “Энергия” в 2013 году, а в 2014 году начались испытания ионных двигателей ИД-500 с изменяемой тягой в диапазоне 375 – 750 мН. Всего на ЯЭДУ устанавливается до 24 РД ИД-500 с суммарной тягой 18 ньютонов (1.8355 кгс). Энергетический бюджет каждого РД ИД-500 составляет 35 кВт, а их суммарная мощность – 840 кВт. Мощность обеспечивающей энергии ЯЭДУ – 1 МВт, тепловая мощность – 3.8 МВт при КПД преобразования энергии 26%. Полезная нагрузка (блок научной аппаратуры, спутники, посадочный модули и т.п.) пристыковываются к кормовой части ТЭМа, подальше от радиоактивной ядерной установки и получают от нее питание до 225 кВт.

Проект “Нуклон” рассчитан на старт первой межпланетной миссии в 2030 году, т.е. через 10 лет после начала проектирования. Полет будет непилотируемым. На первом этапе испытаний буксир, выведенный в космос с космодрома “Восточный”, состыкуется c модулем полезной нагрузки и отправится с ней к Луне, где оставит научно-исследовательский спутник. На втором этапе испытаний “Нуклон” полетит в Венере, куда также доставит исследовательский спутник. Совершив гравитационный маневр около Венеры, зонд последовательно пересечет орбиты Земли, Марса, пояс астероидов и направится к самой большой планете Солнечной системы – Юпитеру. Там пройдет третий этап – “Нуклон” выйдет на орбиту Юпитера и затем – на орбиту его спутника Каллисто, где выполнит программу научных исследований с целью подготовки к созданию обитаемой базы(!).

В настоящее время созданием ядерного планетолета занимаются только в России. И разработка идет непросто. ТЭМ создавали в течении 10 лет и в итоге в апреле 2020 года проект был остановлен. Заявленной причиной остановки является неготовность стендово-испытательной базы для макета наземного прототипа ТЭМ, которую должны были создать в Центре Келдыша. Но понятно, что стенд можно построить только под готовый прототип. А о готовности прототипа ТЭМ в соответствии с заявленными техническими решениями и заданием не сообщалось.

Зато уже есть отдельные конструкции “Нуклона”, который построен на совсем других технических принципах – общего у него с изначальным ТЭМом, пожалуй, один только ядерный реактор. И то реактор придется сделать с 2.5 раза большей загрузкой ядерного топлива и соответственно выросшей тепловой мощностью, чтобы скомпенсировать уменьшение КПД преобразования энергии. Или перевести аппарат из мегаваттного класса в более скромный 200-400 киловаттный. На видеоролике “Нуклона” видны всего 4 РД – если это будут, как мы предполагаем, перспективные плазменные СПД-290, то их суммарная энергетическая мощность составит всего 120 кВт и тяга – всего 6 ньютонов (около 600 грамм), что явно недостаточно для решения задач космического буксира. А ионные РД и того слабее. Но мы полагаем, что более вероятен вариант с 8 плазменными ЭРД общей мощностью 240 кВт.

Полетит ли ТЭМ-2 “Нуклон”? На его создание вновь выделено 10 лет, за которые надо детально проработать все технические решения. И думается, что мы еще не скоро узнаем о результатах его разработки, которая началась заново. Но работа будет продолжаться вплоть до проведения летных испытаний аппарата – залогом того служит внимание, которое уделяется в России развитию всевозможных ядерных технологий. Другой вопрос – насколько подойдет этот будущий ядерный буксир для изучения дальнего космоса? Поскольку известной проблемой советской и российской космических программ является создание надежных КА и АМС с длительным сроком работы. Возможно, что этот буксир будет поначалу работать не “планетарным дальнобойщиком”, а “лунным трактором” ближнего радиуса действия для доставки спутников на геостационарную и лунные орбиты. И только потом, после отработки технологий и в рамках международного сотрудничества он начнет совершать полеты к планетам.

Программа DARPA DRACO создание космического корабля с ядерным двигателем

Сергей Павлович Королев, один из основоположников отечественной космонавтики, давно мечтал о мощной силовой атомной установке для ракет. Не дремали и ученые на Западе, в частности в США. Ими в 1950—1960 годах был разработан «Орион» — проект пилотируемого реактивно-импульсного космического корабля («взрыволёт») для исследования межпланетного и межзвездного пространства, разрабатывавшийся в США.

Впервые идею «Ориона» предложили Станислав Улам и Корнелиус Эверетт в Лос-Аламосе в 1955 году. Их концепция заключалась в следующем: взрывы водородных бомб, выбрасываемых из корабля, вызывали испарение дисков, выбрасываемых вслед за бомбами. Расширяющаяся плазма толкала корабль. По проекту «Орион» проводились не только расчеты, но и натурные испытания. Это были летные испытания моделей, движимых химическими взрывчатыми веществами. Модели называли put-puts или hot rods. Несколько моделей было разрушено, но один 100-метровый полет в ноябре 1959-го был успешен и показал, что импульсный полет мог быть устойчивым.

Первоначально «Орион» предполагалось запускать с Земли, с атомного полигона Джекесс-Флетс, расположенного в Неваде. Аппарат должен был иметь форму пули для преодоления атмосферы Земли. Корабль устанавливался на восьми стартовых башнях высотой 75 метров для того, чтобы уберечь персонал от возможного взрыва ядерного устройства у поверхности Земли. При запуске каждую секунду должен был производиться один взрыв мощностью 0,1 кт (для сравнения: мощность бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки, была равной 20 кт, то есть в 200 раз мощнее). После выхода из атмосферы каждые десять секунд должна была взрываться одна 20-кт бомба.

Основной целью проекта было создание корабля для исследования Солнечной системы. Проект «Орион» был закрыт в 1965 году. Дальнейшим развитием идей, заложенных в основу «Ориона», можно считать межзвездный зонд «Дедал». Это был один из первых детальных технических проектов по созданию возможного непилотируемого межзвездного космического аппарата. Он проводился с 1973 по 1977 год группой из одиннадцати ученых и инженеров Британского межпланетного общества. Проект предусматривал строительство на орбите Юпитера мощного двухступенчатого беспилотного корабля с термоядерными двигателями.

По расчетам, «Дедал» должен был за 50 лет долететь до звезды Барнарда (одна из ближайших звезд), не тормозясь пройти мимо нее по пролетной траектории, собрать сведения о звезде и планетах и затем по радиоканалу передать результаты исследований на Землю. Реальной заслугой проекта «Дедал» явилось то, что он сломал стереотипное представление о звездолетах как о чем-то далеком и сверхфантастическом.

А в это время в Советском Союзе мечты С. П. Королева о ядерном ракетном двигателе (ЯРД) начали осуществляться лишь за два года до запуска первого человека в космос. Именно тогда произошла определяющая во всех отношениях встреча «трех К», трех выдающихся ученых: Курчатова Игоря, «отца» нашей атомной бомбы, Келдыша Мстислава, главного теоретика космонавтики и математики, и Королева Сергея, главного конструктора ракет. Именно на этой встрече и было принято решение о создании атомного ракетного двигателя. И он был создан в короткое время.

Испытания реактора проводили в 1978—1981 годах на атомном полигоне в Семипалатинске, а самого двигателя — на стенде в Подмосковье, в Загорске. Всего было проведено более 250 испытаний двигателей, в результате которых был создан самый настоящий и работоспособный двигатель, отвечавший всем предъявленным требованиям. Но наступила перестройка, и проект отложили до лучших дней.

Тип I, экспонат 1: орион-привод

Первые десятилетия после Второй мировой войны были крайне бурной эпохой в истории техники. Стремительное развитие новых технологий сочеталось со своеобразным отношением к технике безопасности и безудержным оптимизмом в отношении технического прогресса. Космические агентства рисовали планы баз на Луне, планировали полет к Марсу, а многие инженеры были уверены в том, что ракетный двигатель — это стремительно устаревающее изобретение, на смену которому нужно нечто более мощное.

А что в те годы ассоциировалось с мощью и энергией? Конечно, ядерные реакции. В 1950-е годы американцы ездили в специальные турпоездки — смотреть на настоящие ядерные взрывы во время испытаний. Энергия ядерного распада завораживала всех, в особенности инженеров, поэтому идея использовать ядерную бомбу для разгона космического корабля казалась лежащей на поверхности.

Солнечный парус — на сегодня вполне реальный, хотя и экзотический, двигатель для космических аппаратов. В его основе лежит эффект давления света: поток фотонов (например, солнечный луч), отражаясь от блестящей поверхности, толкает корабль прочь от Солнца. Таким образом уже удавалось по меньшей мере экономить топливо во время реальных полетов (начиная с «Маринера-10» в 1970-х) и запускать демонстрационные аппараты (например, японский IKAROS).

Космическая среда не является абсолютным вакуумом даже в межзвездном пространстве. На каждый кубический сантиметр межзвездного пространства приходится по меньшей мере с десяток атомов водорода, причем в форме ионов — следовательно, космическую среду можно рассматривать как очень разреженную плазму.

А плазма, как известно, взаимодействует с магнитным полем. Собрав большую систему магнитов, эту плазму можно сфокусировать в более плотный комок и затем поджечь в ней термоядерную реакцию, основанную на слиянии атомов водорода. Термоядерная реакция, в свою очередь, даст энергию для дальнейшего ускорения плазменной струи и, соответственно, формирования реактивной тяги.

Россия показала ядерный «Зевс»

Описание проектов выше может произвести впечатление их полной фантастичности, однако это не так. Ядерные бомбы для орион-привода, лазеры и даже термоядерные реакторы (ок, последние в виде прототипа, который пока строится) люди делать умеют. Да, от лазерной указки до массива космических лазеров может пролегать внушительная дистанция, но принципиально во всем перечисленном выше нет ничего невозможного. А смартфон, с которого вы читаете этот текст, еще на памяти вашей прабабушки был абсолютно невероятен с инженерной точки зрения. Шутка ли, вместить радиостанцию, счетную машинку, кинопроектор и под миллиард радиодеталей в карманном устройстве!

Фотонный двигатель и даже пузырь деформированного пространства вокруг корабля Алькубьерре могут быть нереализуемы в силу целого ряда физических эффектов. Но они хотя бы не посягают на основы: импульс и энергия сохраняются, пересмотра существующих физических теорий не требуется. Да, найти абсолютный отражатель или отрицательную массу затруднительно, но гипотетически они существовать могли бы: мы не знаем законов Вселенной, которое бы такое запрещали.

Двигатели второй группы столь же реальны, как единороги. Гипотетически лошадь с одним витым рогом жизнеспособна, но на практике их не существует. А вот третья группа собрала уже по-настоящему невозможные и сумасшедшие проекты.

Другим многообещающим проектом является разработка электромагнитного ускорителя с изменяемым удельным импульсом (в англоязычной литературе – VASIMR). Рабочее тело (аргон) ионизируется радиоволнами, и полученная плазма затем разгоняется в электромагнитном поле, создавая реактивную тягу.

Впервые появившись в 1979 году, идея стала по-настоящему революционной и сейчас близка к воплощению. Такой двигатель был бы крайне востребован в системе орбитального и межпланетного транспорта. Для начала «космический буксир» мог бы перемещать многотонные грузы между орбитами Земли и Луны. Модель VASIMR VF-200 производства Ad Astra Rocket Company планируется разместить на борту МКС.

Макет двигателя VASIMR VF-200-1 представлен в ролике ниже.

РКК «Энергия» в 70-х приступила к научно-практическим изысканиям, целью которых было создать мощный ядерный космический двигатель для межорбитального буксира (МБ) «Геркулес». Работы позволили сделать задел на многие годы в части ядерной электроракетной двигательной установки (ЯЭРДУ) с термоэмиссионной ЯЭУ мощностью несколько – сотен киловатт и электроракетных двигателей единичной мощностью десятки и сотни киловатт.

Проектные параметры МБ «Геркулес»:

полезная электрическая мощность ЯЭУ – 550 кВт;
удельный импульс ЭРДУ – 30 км/с;
тяга ЭРДУ – 26 Н;
ресурс ЯЭУ и ЭРДУ – 16 000 ч;
рабочее тело ЭРДУ – ксенон;
масса (сухая) буксира – 14,5-15,7 т, в том числе ЯЭУ – 6,9 т.

На данный момент ведутся работы по ядерному двигателю для космоса, который планируется использовать в тяжелых аппаратах космической связи. РКК «Энергия» были выполнены исследования и проектные разработки системы глобальной космической связи экономически конкурентоспособной с дешевой сотовой связью, что предполагалось достичь переносом «телефонной станции» с Земли в космос.

Предпосылками к их созданию являются:

практически полное заполнение геостационарной орбиты (ГСО) работающими и пассивными спутниками;
исчерпание частотного ресурса;
положительный опыт создания и коммерческого использования информационных геостационарных спутников серии «Ямал».

При создании платформы «Ямал» новые технические решения составили 95%, что и позволило таким аппаратам стать конкурентоспособными на мировом рынке космических услуг.

Предполагается замена модулей с технологическим связным оборудованием примерно каждые семь лет. Это позволило бы создавать системы из 3-4 тяжелых многофункциональных спутников на ГСО с увеличением потребляемой ими электрической мощности. Первоначально были спроектированы КА на основе солнечных батарей мощностью 30-80 кВт. На следующем этапе в качестве источника электроэнергии планируется использовать ядерные двигатели на 400 кВт с ресурсом до одного года в транспортном режиме (для доставки базового модуля на ГСО) и 150-180 кВт в режиме длительного функционирования (не менее 10-15 лет).

Доставка научного оборудования к космическим объектам (дальним планетам, периодическим кометам, астероидам) может осуществляться с использованием космических ступеней на основе ЖРД. Применять ядерные двигатели для космических аппаратов целесообразно, когда ставится задача выхода на орбиту спутника небесного тела, прямого контакта с небесным телом, отбора проб веществ и прочих исследований, требующих увеличения массы исследовательского комплекса, включения в него посадочной и взлетной ступеней.

Одним из важнейших способов повышения эффективности транспортных операций в космосе является многоразовое использование элементов транспортной системы. Ядерный двигатель для космических кораблей мощностью не менее 500 кВт позволяет создать многоразовый буксир и тем самым значительно повысить эффективность многозвенной космической транспортной системы. Особенно полезна такая система в программе обеспечения больших годовых грузопотоков. Примером может стать программа освоения Луны с созданием и обслуживанием постоянно наращиваемой обитаемой базы и экспериментальных технологических и производственных комплексов.

Эффективный ядерный двигатель для космоса способствует решению экологических проблем Земли, полету человека к Марсу, созданию системы беспроводной передачи энергии в космосе, реализации с повышенной безопасностью захоронения в космосе особо опасных радиоактивных отходов наземной атомной энергетики, созданию обитаемой лунной базы и началу промышленного освоения Луны, обеспечению защиты Земли от астероидно-кометной опасности.

Эксперт отмечает: как раз в настоящее время (апрель, далее — май) по проекту Ядерного буксира (ТЭМ), который известен также как проект «Нуклон», начались большие подвижки.

«Это очень интересный проект. В нём задействованы организации, имеющие отношение к «Росатому», поскольку предполагается установка ядерного двигателя как источника энергии.

Предполагается, что ядерный двигатель будет создавать тягу за счёт двигателей малой тяги, плазменных двигателей, в которых ещё со времен СССР наша страна лидирует.

Ещё ни у кого не было, а у нас такие двигатели были. Остальному миру потребовалось примерно лет 20 для того, чтобы приблизиться к нашему уровню», — объясняет Эйсмонт.

Особенностью «Нуклона» станет применение плазменных двигателей большой тяги. Ранее подобные двигатели имели лишь малую тягу — просто в силу того, что её хватало для всех задач (например, коррекции и управления ориентации).

«Конечно, по сравнению с тягой двигателей носителя это всё равно небольшая величина. Но для маневрирования и для орбитальных переходов такая двигательная установка очень хороша», — разъясняет Эйсмонт.

Политика
Пенсии
Гороскоп
Шоу-бизнес
Мой район

119072, Москва,
Берсеневский переулок, дом 2, строение 1

+7 (495) 531-21-21
[email protected]

По вопросам рекламы:
+7 (495) 531-21-21
[email protected]

О судьбе идеи ядерного ракетного двигателя для полётов в глубокий космос

Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — реактивный двигатель, в котором энергия, возникающая при ядерной реакции распада или синтеза, нагревает рабочее тело (чаще всего, водород или аммиак).

Существует три типа ЯРД по виду топлива для реактора:

твердофазный;
жидкофазный;
газофазный.

Наиболее законченным является твердофазный вариант двигателя. На рисунке изображена схема простейшего ЯРД с реактором на твердом ядерном горючем. Рабочее тело располагается во внешнем баке. С помощью насоса оно подается в камеру двигателя. В камере рабочее тело распыляется с помощью форсунок и вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным топливом. Нагреваясь, оно расширяется и с огромной скоростью вылетает из камеры через сопло.

Жидкофазный — ядерное топливо в активной зоне реактора такого двигателя находится в жидком виде. Тяговые параметры таких двигателей выше, чем у твердофазных, за счет более высокой температуры реакторе.

В газофазных ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду), которое, в свою очередь, будучи нагретым до высоких температур и образует реактивную струю.

Астронавты и зарубежные космонавты
Видеоматериалы
Конструкторы
Космические аппараты
Космодромы
Космонавты
Материалы

Онлайн-трансляция с МКС
Несколько способов ощутить невесомость на Земле
Женщины в космосе
Под эгидой NASA строят термоядерный космический двигатель
Предшественник «Бурана» — воздушно-орбитальный самолет «Спираль»
Космическая еда
Скафандр «Орлан»
Современные системы жизнеобеспечения корабля
Шаттл Индевор проехал по улицам Лос-Анджелеса.
Ядерные ракетные двигатели

Apollo space Александров Атлантис БРДД Байконур Буран Волков Восток Гермашевский Гречко Йен Мир СССР Салют Соловьев Союз астронавт гагарин истории космонавтики климук конструктор королев космический корабль космодром космонавт космонавтика космос луна луноход марс мкс молния николаев орбитальная станция попович протон радуга ракета ракетные двигатели скафандр спутник терешкова титов шаттл

Мы, без всякого преувеличения, стали свидетелями эпохального события, открывающего новые, совершенно фантастические перспективы для военной техники и (в перспективе) — энергетики и транспорта вообще.

Но для начала хотелось бы понять, как работает ядерная энергетическая установка для ракет и подводных аппаратов, о которой говорил Путин. Что именно в ней является движителем? Откуда берётся тяга? Не за счёт же вылетающих из сопла нейтронов.

Когда узнал со слов коллеги о том, что у нас созданы ракеты с практически неограниченной дальностью полёта, обалдел. Показалось, он что-то упустил, а слово «неограниченной» было упомянуто в каком-то узком смысле.

Но информация, полученная затем из первоисточника, сомнений не вызывала. Звучала, напомню, она так:

Одно из них – создание малогабаритной сверхмощной ядерной энергетической установки, которая размещается в корпусе крылатой ракеты типа нашей новейшей ракеты Х-101 воздушного базирования или американского «Томагавка», но при этом обеспечивает в десятки раз – в десятки раз! – большую дальность полёта, которая является практически неограниченной.

В услышанное невозможно было поверить, но не верить было нельзя — это сказал ОН. Включил мозг и тут же получил ответ. Да какой!

Ну, черти! Ну, гении! Нормальному человеку такое даже в голову не придёт!

Итак, до сих пор мы знали только о ядерных силовых установках для космических ракет. В космических ракетах обязательно есть вещество, которое, будучи разогретым или разогнанным ускорителем, питаемым ядерной силовой установкой, с силой выбрасывается из сопла ракеты и обеспечивает ей тягу.

В США начали разрабатывать ядерный двигатель для космического корабля

Чисто теоретически, кроме тяги на веществе, имеющемся в запасе на ракете, движение ракеты возможно за счёт тяги электрических двигателей с «пропеллерами» (винтовой двигатель). Электричество при этом производит генератор, питающийся от ядерной силовой установки.

Но такую массу без большого крыла на винтовой тяге, да ещё с винтами небольшого диаметра, в воздухе не удержать — слишком мала такая тяга. А это таки ракета, а не беспилотник.

Итого, остаётся самый неожиданный и, как оказалось, самый эффективный способ обеспечения ракеты веществом для тяги — взятие его из окружающего пространства.

Т.е., как бы это удивительно ни звучало, но новая ракета работает «на воздухе»!

В том смысле, что из её сопла вырывается именно разогретый воздух и более ничего! А воздух не закончится, пока ракета находится в атмосфере. Именно поэтому эта ракета — крылатая, т.е. её полёт проходит целиком в атмосфере.

Классические технологии ракет большой дальности старались сделать полёт ракеты выше, чтобы уменьшить трение о воздух и тем самым увеличить их дальность. Мы как всегда сломали шаблон и сделали ракету не просто большой, а неограниченной дальности именно в воздушной среде.

Неограниченная дальность полёта даёт возможность таким ракетам работать в режиме ожидания. Запущенная ракета прибывает в район патрулирования и нарезает там круги, ожидая доразведки данных о цели или прибытия цели в данный район. После чего неожиданно для цели немедленно её атакует.

Думаю, аналогично устроена и ядерная энергетическая установка для подводных аппаратов о которых говорил Путин. С той поправкой, что вместо воздуха используется вода.

Дополнительно об этом говорит то, что эти подводные аппараты обладают низкой шумностью. Известная торпеда «Шквал», разработанная ещё в советское время, имела скорость порядка 300 км/час, но была очень шумной. По сути это была ракета, летящая в воздушном пузыре.

За малошумностью же стоит новый принцип движения. И он — тот же самый, что и в ракете, потому что универсален. Была бы только окружающая среда минимально необходимой плотности.

Этому аппарату неплохо подошло бы название «Кальмар», потому что по сути это водомётный двигатель в «ядерном исполнении» 🙂

Что касается скорости, она кратно превосходит скорость самых быстрых надводных кораблей. Самые быстрые корабли (именно корабли, а не катера) имеют скорость до 100-120 км/час. Следовательно, с минимальным коэффициентом 2 получаем скорость 200-250 км/час. Под водой. И не очень шумно. И с дальностью в многие тысячи километров. Страшный сон наших недругов.

Относительно ограниченная по сравнению с ракетой дальность — временное явление и объясняется тем, что морская вода высокой температуры — очень агрессивная среда и материалы камеры, условно говоря, сгорания, имеют ограниченный ресурс. Со временем же дальность этих аппаратов может быть увеличена в разы только за счёт создания новых, более устойчивых материалов.

Несколько слов о самой ядерной энергетической установке.

1. Поражает воображение фраза Путина:

При объёме в сто раз меньше, чем у установок современных атомных подводных лодок, имеет большую мощность и в 200 раз меньшее время выхода на боевой режим, то есть на максимальную мощность.

Как они этого добились? Какие конструкторские решения и технологии применены?

1. Радикальное, на два порядка, увеличение отдачи мощности на единицу массы возможно только при условии приближения режима работы ядерного реактора к взрывному. При этом реактор надёжно управляется.

2. Поскольку околовзрывной режим работы обеспечивается надёжно, скорее всего, это реактор на быстрых нейтронах. На мой взгляд, только на них возможно безопасное использование столь критического режима работы. Кстати, для них топлива на Земле — на столетия.

3. Если же со временем мы узнаем, что это таки реактор на медленных нейтронах, я тем более снимаю шляпу перед нашими ядерщиками, потому что без официального заявления в это совершенно невозможно поверить.

В любом случае, смелость и изобретательность наших ядерщиков поразительна и достойна самых громких слов восхищения! Особенно приятно, что наши ребята умеют работать в тиши. А потом как грохнут новостью по голове — хоть стой, хоть падай! 🙂