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 ดังนั้นนิวเคลียร์โซเวียตแห่งแรกและแห่งเดียว เครื่องยนต์จรวดได้รับการพัฒนาที่สำนักออกแบบ 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 การออกแบบโดยให้การไหลของไฮโดรเจนไหลผ่านตัวสะท้อนแสงและตัวหน่วงเวลาก่อน โดยคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงเข้าสู่แกนกลาง ซึ่งจะทำให้ชุดเชื้อเพลิงเย็นลง โดยให้ความร้อนสูงถึง 3100 เคลวิน ที่ขาตั้ง ตัวสะท้อนแสงและตัวควบคุมอยู่ที่ 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.

มีขนาดค่อนข้างเล็ก ขนาดและน้ำหนัก อุณหภูมิสูงของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (3100 K) พร้อมระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพพร้อมการไหลของไฮโดรเจน บ่งชี้ว่า RD0410 นั้นเป็นต้นแบบที่เกือบจะสมบูรณ์แบบของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับขีปนาวุธร่อนสมัยใหม่ และเมื่อพิจารณาแล้ว เทคโนโลยีที่ทันสมัยการได้รับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่หยุดตัวเองได้ 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 พลาสมายูเรเนียมที่ถูกให้ความร้อนถึงหมื่นองศาจะถ่ายเทความร้อนไปยังของไหลทำงาน (เช่น ไฮโดรเจน) ซึ่งในทางกลับกันก็ถูกให้ความร้อนไปที่ อุณหภูมิสูงและก่อตัวเป็นกระแสน้ำเจ็ต

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 ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวกู้คืน 9. เอาต์พุตอุณหภูมิสูง 16 ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวกู้คืน 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 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามข้ออ้าง โซลูชันทางเทคนิคให้การปรับปรุงในลักษณะน้ำหนักและขนาดของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ เพิ่มความน่าเชื่อถือของการดำเนินงาน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ และทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์โดยรวมได้

ลิงค์:

ในรัสเซีย พวกเขาทดสอบระบบทำความเย็นของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) หนึ่งในนั้น องค์ประกอบสำคัญยานอวกาศแห่งอนาคตที่สามารถบินข้ามดาวเคราะห์ได้ เหตุใดเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงจำเป็นในอวกาศ มันทำงานอย่างไร และเหตุใด Roscosmos จึงถือว่าการพัฒนานี้เป็นหลักสำคัญในอวกาศของรัสเซีย รายงานของ Izvestia

ประวัติความเป็นมาของอะตอม

หากคุณวางมือบนหัวใจตั้งแต่สมัย Korolev ให้ปล่อยยานพาหนะที่ใช้ในการบินสู่อวกาศ การเปลี่ยนแปลงอย่างมากไม่อดทน หลักการทั่วไปงาน - สารเคมีซึ่งขึ้นอยู่กับการเผาไหม้เชื้อเพลิงด้วยตัวออกซิไดเซอร์ยังคงเหมือนเดิม เครื่องยนต์ ระบบควบคุม และประเภทของเชื้อเพลิงมีการเปลี่ยนแปลง พื้นฐานของการเดินทางในอวกาศยังคงเหมือนเดิม - เครื่องบินไอพ่นผลักจรวดหรือยานอวกาศไปข้างหน้า

เป็นเรื่องปกติมากที่จะได้ยินว่าจำเป็นต้องมีการพัฒนาครั้งใหญ่ นั่นคือการพัฒนาที่สามารถทดแทนเครื่องยนต์ไอพ่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและทำให้การบินไปยังดวงจันทร์และดาวอังคารสมจริงยิ่งขึ้น ความจริงก็คือในปัจจุบันยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ส่วนใหญ่เกือบทั้งหมดเป็นเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราละทิ้งเครื่องยนต์เคมีไปโดยสิ้นเชิงและเริ่มใช้พลังงานของเครื่องยนต์นิวเคลียร์?

แนวคิดในการสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ไม่ใช่เรื่องใหม่ ในสหภาพโซเวียต คำสั่งของรัฐบาลโดยละเอียดเกี่ยวกับปัญหาการสร้างระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ได้ลงนามย้อนกลับไปในปี 2501 ถึงกระนั้นก็มีการศึกษาที่แสดงให้เห็นว่าด้วยการใช้เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่มีกำลังเพียงพอ คุณสามารถไปยังดาวพลูโต (ซึ่งยังไม่สูญเสียสถานะของดาวเคราะห์) และย้อนกลับไปในหกเดือน (สองที่นั่นและสี่หลัง) โดยใช้จ่าย 75 เชื้อเพลิงตันในการเดินทาง

สหภาพโซเวียตกำลังพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์เพิ่งเริ่มเข้าใกล้ต้นแบบที่แท้จริงเท่านั้น ไม่เกี่ยวกับเงิน แต่หัวข้อกลายเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากจนยังไม่มีประเทศใดสามารถสร้างต้นแบบที่ใช้งานได้และในกรณีส่วนใหญ่ทุกอย่างจบลงด้วยแผนและภาพวาด สหรัฐอเมริกาทดสอบระบบขับเคลื่อนสำหรับการบินไปยังดาวอังคารในเดือนมกราคม พ.ศ. 2508 แต่โครงการ NERVA เพื่อพิชิตดาวอังคารโดยใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ไม่ได้ก้าวไปไกลกว่าการทดสอบ KIWI และง่ายกว่าการพัฒนาของรัสเซียในปัจจุบันมาก จีนได้กำหนดแผนพัฒนาอวกาศในการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในช่วงใกล้ปี 2045 ซึ่งก็ไม่ใช่เร็วๆ นี้เช่นกัน

ในรัสเซีย งานรอบใหม่เกี่ยวกับโครงการระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) ระดับเมกะวัตต์สำหรับระบบขนส่งอวกาศเริ่มขึ้นในปี 2010 โครงการนี้กำลังถูกสร้างขึ้นร่วมกันโดย Roscosmos และ Rosatom และเรียกได้ว่าเป็นหนึ่งในโครงการที่จริงจังและทะเยอทะยานที่สุด โครงการอวกาศครั้งล่าสุด ผู้รับเหมาหลักด้านวิศวกรรมพลังงานนิวเคลียร์คือศูนย์วิจัยที่ตั้งชื่อตาม เอ็มวี เคลดิช.

การเคลื่อนที่ของนิวเคลียร์

ตลอดการพัฒนามีข่าวรั่วไหลไปยังสื่อมวลชนเกี่ยวกับความพร้อมของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในอนาคต ในเวลาเดียวกันโดยทั่วไปยกเว้นผู้เชี่ยวชาญมีเพียงไม่กี่คนที่จินตนาการว่ามันจะทำงานอย่างไรและเนื่องมาจากอะไร จริงๆ แล้ว แก่นแท้ของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ในอวกาศนั้นเกือบจะเหมือนกับบนโลกเลย พลังงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์ถูกใช้เพื่อให้ความร้อนและควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบ-คอมเพรสเซอร์ พูดง่ายๆ ก็คือ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ถูกใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า ซึ่งเกือบจะเหมือนกับในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั่วไปทุกประการ และด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าจึงทำงาน ในการติดตั้งนี้ สิ่งเหล่านี้คือเครื่องยนต์ไอออนกำลังสูง

ในเครื่องยนต์ไอออน แรงขับถูกสร้างขึ้นโดยการสร้างแรงขับไอพ่นที่ฐาน ก๊าซไอออไนซ์เร่งความเร็วด้วยความเร็วสูงในสนามไฟฟ้า เครื่องยนต์ไอออนยังคงมีอยู่และกำลังถูกทดสอบในอวกาศ จนถึงตอนนี้พวกเขามีปัญหาเดียวเท่านั้น - เกือบทั้งหมดมีแรงขับน้อยมากแม้ว่าพวกเขาจะใช้เชื้อเพลิงน้อยมากก็ตาม สำหรับการเดินทางในอวกาศ เครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากปัญหาการผลิตไฟฟ้าในอวกาศได้รับการแก้ไข ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะทำได้ นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอออนยังสามารถทำงานได้ค่อนข้างนานซึ่งเป็นระยะเวลาสูงสุดในการทำงานต่อเนื่องมากที่สุด การออกแบบที่ทันสมัยเครื่องยนต์ไอออนมีอายุมากกว่าสามปี

หากคุณดูแผนภาพ คุณจะสังเกตเห็นว่าพลังงานนิวเคลียร์เริ่มต้นขึ้น งานที่มีประโยชน์ไม่เลยทันที ขั้นแรก เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะร้อนขึ้น จากนั้นไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งถูกใช้เพื่อสร้างแรงผลักดันให้กับเครื่องยนต์ไอออนแล้ว อนิจจา มนุษยชาติยังไม่ได้เรียนรู้วิธีใช้การติดตั้งนิวเคลียร์เพื่อขับเคลื่อนด้วยวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในสหภาพโซเวียต ดาวเทียมที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ได้รับการปล่อยตัวโดยเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์การกำหนดเป้าหมาย Legend สำหรับเครื่องบินบรรทุกขีปนาวุธของกองทัพเรือ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กมากและงานของพวกเขาก็เพียงพอที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับเครื่องมือที่แขวนอยู่บนดาวเทียมเท่านั้น ยานอวกาศโซเวียตมีกำลังในการติดตั้ง 3 กิโลวัตต์ แต่ตอนนี้ผู้เชี่ยวชาญชาวรัสเซียกำลังทำงานเพื่อสร้างการติดตั้งที่มีกำลังมากกว่า 1 เมกะวัตต์

ปัญหาในระดับจักรวาล

โดยธรรมชาติแล้วการติดตั้งนิวเคลียร์ในอวกาศมีปัญหามากกว่าบนโลก และที่สำคัญที่สุดคือการระบายความร้อน ภายใต้สภาวะปกติจะใช้น้ำเพื่อดูดซับความร้อนของเครื่องยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ในอวกาศ และจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ ระบบที่มีประสิทธิภาพการระบายความร้อน - และความร้อนจากพวกมันจะต้องถูกกำจัดออกไปในอวกาศนั่นคือสามารถทำได้ในรูปของรังสีเท่านั้น โดยทั่วไปจะใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ในยานอวกาศ หม้อน้ำแผง- ทำจากโลหะ โดยมีน้ำยาหล่อเย็นหมุนเวียนผ่าน อนิจจาหม้อน้ำดังกล่าวมีกฎอยู่ น้ำหนักมากและขนาดนอกจากนี้พวกมันยังไม่ได้รับการปกป้องจากอุกกาบาตอีกด้วย

ในเดือนสิงหาคม 2558 ที่งานแสดงทางอากาศ MAKS ได้มีการจัดแสดงแบบจำลองการระบายความร้อนแบบหยดของระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ ในนั้นของเหลวที่กระจายตัวในรูปหยดจะบินไปในที่โล่ง เย็นตัวลง จากนั้นจึงประกอบกลับเข้าไปในการติดตั้ง ลองนึกภาพยานอวกาศขนาดใหญ่ที่อยู่ตรงกลางซึ่งมีห้องอาบน้ำฝักบัวขนาดยักษ์ซึ่งมีหยดน้ำขนาดเล็กจำนวนหลายพันล้านหยดออกมาบินไปในอวกาศแล้วถูกดูดเข้าไปในปากขนาดใหญ่ของเครื่องดูดฝุ่นอวกาศ

ไม่นานมานี้ก็ได้ทราบกันแล้วว่า ระบบน้ำหยดการระบายความร้อนของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะภาคพื้นดิน ในขณะเดียวกันระบบทำความเย็นถือเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการสร้างการติดตั้ง

ตอนนี้เป็นเรื่องของการทดสอบประสิทธิภาพในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ และหลังจากนั้นเราก็สามารถลองสร้างระบบทำความเย็นในขนาดที่จำเป็นสำหรับการติดตั้งได้ การทดสอบที่ประสบความสำเร็จแต่ละครั้งทำให้ผู้เชี่ยวชาญชาวรัสเซียเข้าใกล้การสร้างการติดตั้งนิวเคลียร์มากขึ้นอีกเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์เร่งรีบอย่างสุดกำลังเพราะเชื่อกันว่าการปล่อยเครื่องยนต์นิวเคลียร์สู่อวกาศจะช่วยให้รัสเซียฟื้นตำแหน่งผู้นำในอวกาศได้

ยุคอวกาศนิวเคลียร์

สมมติว่าสิ่งนี้ประสบความสำเร็จ และในอีกไม่กี่ปี เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะเริ่มปฏิบัติการในอวกาศ จะช่วยได้อย่างไร นำไปใช้ได้อย่างไร? ประการแรก ควรชี้แจงให้ชัดเจนว่าในรูปแบบที่ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์มีอยู่ในปัจจุบัน สามารถทำงานได้ในอวกาศเท่านั้น ไม่มีทางที่มันจะบินขึ้นจากพื้นโลกและลงจอดในรูปแบบนี้ได้ สำหรับตอนนี้ มันไม่สามารถทำได้หากไม่มีจรวดเคมีแบบเดิมๆ

ทำไมต้องอยู่ในอวกาศ? มนุษยชาติบินไปยังดาวอังคารและดวงจันทร์อย่างรวดเร็วเท่านั้นเองเหรอ? ไม่เป็นอย่างนั้นอย่างแน่นอน ปัจจุบันโครงการทั้งหมดของโรงงานและโรงงานในวงโคจรที่ดำเนินงานในวงโคจรโลกต้องหยุดชะงักเนื่องจากขาดวัตถุดิบในการทำงาน ไม่มีประโยชน์ที่จะสร้างสิ่งใดๆ ในอวกาศจนกว่าจะพบวิธีที่จะนำวัตถุดิบที่จำเป็นจำนวนมาก เช่น แร่โลหะ ขึ้นสู่วงโคจร

แต่ทำไมต้องยกพวกมันออกจากโลก ในเมื่อตรงกันข้าม คุณสามารถนำพวกมันมาจากอวกาศได้ ในแถบดาวเคราะห์น้อยดวงเดียวกันในระบบสุริยะนั้นมีโลหะหลายชนิดมากมายรวมถึงโลหะมีค่าด้วย และในกรณีนี้ การสร้างเรือลากจูงนิวเคลียร์ก็เป็นเพียงเครื่องช่วยชีวิตเท่านั้น

นำดาวเคราะห์น้อยที่มีแพลตตินัมหรือทองคำขนาดใหญ่ขึ้นสู่วงโคจร และเริ่มตัดมันออกจากกันในอวกาศ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าการผลิตดังกล่าวเมื่อคำนึงถึงปริมาณอาจกลายเป็นการผลิตที่ทำกำไรได้มากที่สุดแห่งหนึ่ง

มีประโยชน์น้อยกว่าสำหรับการลากจูงนิวเคลียร์หรือไม่? ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อขนส่งดาวเทียมในวงโคจรที่ต้องการ หรือนำยานอวกาศไปยังจุดที่ต้องการในอวกาศ เช่น สู่วงโคจรดวงจันทร์ ปัจจุบันมีการใช้ขั้นบนสำหรับสิ่งนี้ เช่น Russian Fregat มีราคาแพง ซับซ้อน และใช้แล้วทิ้ง เรือลากจูงนิวเคลียร์จะสามารถรับพวกมันได้ในวงโคจรโลกต่ำและส่งมอบไปทุกที่ที่จำเป็น

เช่นเดียวกับการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ ปราศจาก วิธีที่รวดเร็วไม่มีโอกาสที่จะส่งสินค้าและผู้คนไปยังวงโคจรดาวอังคารเพื่อเริ่มการล่าอาณานิคม ยานพาหนะที่เปิดตัวในปัจจุบันจะทำสิ่งนี้มีราคาแพงมากและใช้เวลานาน จนถึงขณะนี้ ระยะเวลาการบินยังคงเป็นหนึ่งในปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดเมื่อบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น การรอดชีวิตหลายเดือนของการเดินทางไปยังดาวอังคารและกลับมาในแคปซูลยานอวกาศแบบปิดไม่ใช่เรื่องง่าย การลากจูงนิวเคลียร์ก็ช่วยได้เช่นกัน ซึ่งช่วยลดเวลานี้ได้อย่างมาก

ที่จำเป็นและเพียงพอ

ในปัจจุบัน ทั้งหมดนี้ดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า เหลือเวลาอีกเพียงไม่กี่ปีก่อนที่จะทดสอบต้นแบบ สิ่งสำคัญที่จำเป็นไม่เพียงแต่จะทำให้การพัฒนาเสร็จสมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังเพื่อรักษาระดับอวกาศอวกาศที่ต้องการในประเทศด้วย แม้ว่าเงินทุนจะลดลง จรวดก็ยังต้องบินต่อไป ยานอวกาศก็ถูกสร้างขึ้น และผู้เชี่ยวชาญที่ทรงคุณค่าที่สุดก็ต้องทำงานต่อไป

มิฉะนั้น เครื่องยนต์นิวเคลียร์หนึ่งเครื่องที่ไม่มีโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมจะไม่สามารถช่วยเรื่องนี้ได้ เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด การพัฒนาจะมีความสำคัญมากไม่เพียงแต่ในการขายเท่านั้น แต่ยังต้องใช้อย่างอิสระ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถทั้งหมดของยานอวกาศใหม่

ในระหว่างนี้ผู้อยู่อาศัยทั้งหมดของประเทศที่ไม่ได้ผูกมัดกับงานทำได้แค่มองท้องฟ้าและหวังว่าทุกอย่างจะออกมาดีสำหรับจักรวาลวิทยารัสเซีย และการลากจูงนิวเคลียร์และการรักษาความสามารถในปัจจุบัน ฉันไม่ต้องการที่จะเชื่อในผลลัพธ์อื่น

เมื่อปลายปีที่แล้ว กองกำลังทางยุทธศาสตร์ของรัสเซียได้ทดสอบอาวุธใหม่ทั้งหมด ซึ่งเมื่อก่อนคิดว่าเป็นไปไม่ได้ ขีปนาวุธร่อนที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ซึ่งผู้เชี่ยวชาญทางทหารกำหนดให้ 9M730 เป็นอาวุธใหม่ที่ประธานาธิบดีปูตินพูดถึงในการปราศรัยต่อสมัชชาสหพันธรัฐ การทดสอบขีปนาวุธน่าจะดำเนินการที่สถานที่ทดสอบ ดินแดนใหม่ประมาณช่วงปลายฤดูใบไม้ร่วงปี 2017 แต่ข้อมูลที่แน่นอนจะไม่ถูกเปิดเผยในเร็วๆ นี้ ผู้พัฒนาจรวดยังน่าจะเป็นสำนักออกแบบทดลองโนเวเตอร์ (เอคาเทรินเบิร์ก) ตามแหล่งข้อมูลที่มีความสามารถ ขีปนาวุธดังกล่าวโจมตีเป้าหมายในโหมดปกติ และการทดสอบถือว่าประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้รูปถ่ายที่ถูกกล่าวหาของการเปิดตัวจรวดใหม่ (ด้านบน) ด้วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และแม้แต่การยืนยันทางอ้อมที่เกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวในเวลาที่คาดหวังของการทดสอบในบริเวณใกล้เคียงกับสถานที่ทดสอบของ Il-976 LII Gromov "ที่กำลังบิน ห้องปฏิบัติการ” ที่มีเครื่องหมาย Rosatom ปรากฏในสื่อ อย่างไรก็ตาม มีคำถามเพิ่มเติมเกิดขึ้นอีก ความสามารถในการบินของขีปนาวุธที่ประกาศไว้ในระยะไม่จำกัดนั้นสมจริงหรือไม่ และเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ลักษณะของขีปนาวุธล่องเรือกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

ลักษณะของขีปนาวุธล่องเรือพร้อมอาวุธนิวเคลียร์ซึ่งปรากฏในสื่อทันทีหลังจากการกล่าวสุนทรพจน์ของวลาดิมีร์ปูตินอาจแตกต่างจากของจริงซึ่งจะทราบในภายหลัง จนถึงปัจจุบันข้อมูลเกี่ยวกับขนาดและลักษณะการทำงานของจรวดต่อไปนี้ได้กลายเป็นข้อมูลสาธารณะแล้ว:

ความยาว
- หน้าแรก- อย่างน้อย 12 เมตร
- เดินขบวน- อย่างน้อย 9 เมตร

เส้นผ่านศูนย์กลางลำตัวจรวด- ประมาณ 1 เมตร
ความกว้างของเคส- ประมาณ 1.5 เมตร
ความสูงของหาง- 3.6 - 3.8 เมตร

หลักการทำงานของขีปนาวุธร่อนพลังงานนิวเคลียร์ของรัสเซีย

การพัฒนาขีปนาวุธที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ดำเนินการโดยหลายประเทศพร้อมกัน และการพัฒนาเริ่มขึ้นในทศวรรษ 1960 การออกแบบที่เสนอโดยวิศวกรแตกต่างกันในรายละเอียดเท่านั้น ในลักษณะที่เรียบง่ายหลักการทำงานสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ให้ความร้อนแก่ส่วนผสมที่เข้าสู่ภาชนะพิเศษ ( ตัวแปรที่แตกต่างกันจากแอมโมเนียไปเป็นไฮโดรเจน) ตามด้วยการปล่อยออกมาทางหัวฉีดข้างใต้ ความดันสูง. อย่างไรก็ตาม เวอร์ชันของขีปนาวุธครูซที่ประธานาธิบดีรัสเซียพูดถึงไม่เหมาะกับตัวอย่างการออกแบบใดๆ ที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้

ความจริงก็คือ ตามข้อมูลของปูติน ขีปนาวุธดังกล่าวมีระยะการบินที่แทบไม่จำกัด แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่สามารถเข้าใจได้ว่าจะหมายความว่าขีปนาวุธสามารถบินได้นานหลายปี แต่ถือได้ว่าเป็นการบ่งชี้โดยตรงว่าระยะการบินของมันนั้นมากกว่าระยะการบินของขีปนาวุธร่อนสมัยใหม่หลายเท่า ประเด็นที่สองซึ่งไม่สามารถละเลยได้นั้นยังเกี่ยวข้องกับระยะการบินไม่จำกัดที่ประกาศไว้และการทำงานของหน่วยส่งกำลังของขีปนาวุธร่อน ตัวอย่างเช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนต่างกันที่ทดสอบในเครื่องยนต์ RD-0410 ซึ่งพัฒนาโดย Kurchatov, Keldysh และ Korolev มีอายุการทดสอบเพียง 1 ชั่วโมงและในกรณีนี้ไม่สามารถมีระยะการบินที่ไม่จำกัดของ ขีปนาวุธครูซพลังงานนิวเคลียร์ สุนทรพจน์

ทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้เสนอแนวคิดโครงสร้างใหม่ที่ไม่เคยมีการพิจารณามาก่อนซึ่งใช้สารที่มีทรัพยากรการบริโภคที่ประหยัดมากในระยะทางไกลเพื่อให้ความร้อนและการดีดตัวออกจากหัวฉีดในภายหลัง ตัวอย่างเช่น นี่อาจเป็นเครื่องยนต์หายใจด้วยนิวเคลียร์ (NARE) ชนิดใหม่ทั้งหมด ซึ่งมีมวลการทำงานเป็น อากาศในชั้นบรรยากาศสูบเข้าไปในถังทำงานด้วยคอมเพรสเซอร์ ให้ความร้อนโดยการติดตั้งนิวเคลียร์แล้วปล่อยผ่านหัวฉีด

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าขีปนาวุธล่องเรือที่มีหน่วยพลังงานนิวเคลียร์ที่ประกาศโดยวลาดิมีร์ปูตินสามารถบินไปรอบ ๆ โซนที่ใช้งานของระบบป้องกันทางอากาศและขีปนาวุธได้ตลอดจนรักษาเส้นทางไปยังเป้าหมายที่ระดับความสูงต่ำและต่ำมาก สิ่งนี้เป็นไปได้โดยการติดตั้งขีปนาวุธด้วยระบบตามภูมิประเทศที่ทนทานต่อการรบกวนที่เกิดจากระบบสงครามอิเล็กทรอนิกส์ของศัตรู

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 เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนได้สร้างแบบจำลองแรกของระบบขับเคลื่อนที่ทำงานบนของแข็งและ เชื้อเพลิงเหลว. หลังจากนั้น ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 มีการบินหลายพันเที่ยวโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเป็นหลัก

อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน สำหรับเที่ยวบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น ไม่ต้องพูดถึงดวงดาว การใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเริ่มไม่เกิดประโยชน์มากขึ้น แม้ว่าจะมีการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดจำนวนมากก็ตาม เป็นไปได้มากว่าความสามารถของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวและเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งได้หมดไปโดยสิ้นเชิง เหตุผลก็คือแรงกระตุ้นเฉพาะของตัวขับดันสารเคมีทั้งหมดมีค่าต่ำและไม่เกิน 5,000 ม./วินาที ซึ่งต้องใช้การทำงานของตัวขับดันในระยะยาวเพื่อพัฒนาความเร็วสูงเพียงพอ และด้วยเหตุนี้ จึงต้องมีเชื้อเพลิงสำรองจำนวนมาก หรือตามธรรมเนียม ในอวกาศมีความจำเป็น ค่าขนาดใหญ่หมายเลข Tsiolkovsky เช่น อัตราส่วนของมวลของจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงต่อมวลของจรวดว่างเปล่า 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 เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งมักถูกใช้เป็นตัวกระตุ้น จรวดอวกาศ. มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในด้านนี้ในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น และจีน

เครื่องยนต์จรวดเหลวมีลักษณะแรงขับสูงกว่าเครื่องยนต์จรวดแบบแข็ง ดังนั้นจึงใช้ในการส่งจรวดอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกและสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์ เชื้อเพลิงเหลวหลักสำหรับจรวด ได้แก่ น้ำมันก๊าด เฮปเทน (ไดเมทิลไฮดราซีน) และไฮโดรเจนเหลว สำหรับเชื้อเพลิงประเภทนี้จำเป็นต้องใช้ตัวออกซิไดเซอร์ (ออกซิเจน) กรดไนตริกและออกซิเจนเหลวถูกใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์ในเครื่องยนต์ดังกล่าว กรดไนตริกมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ต่ำกว่าออกซิเจนเหลว แต่ไม่ต้องการการบำรุงรักษาเป็นพิเศษ ระบอบการปกครองของอุณหภูมิระหว่างการจัดเก็บ การเติมเชื้อเพลิง และการใช้ขีปนาวุธ

เครื่องยนต์สำหรับการบินในอวกาศแตกต่างจากเครื่องยนต์บนโลกตรงที่ต้องผลิตพลังงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยมีมวลและปริมาตรน้อยที่สุด นอกจากนี้ยังต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้: ประสิทธิภาพสูงและความน่าเชื่อถือ ระยะเวลาการทำงานที่สำคัญ ขึ้นอยู่กับประเภทของพลังงานที่ใช้ ระบบขับเคลื่อนยานอวกาศแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: เคมีร้อน นิวเคลียร์ ไฟฟ้า และเรือใบสุริยะ แต่ละประเภทที่ระบุไว้มีข้อดีและข้อเสียของตัวเองและสามารถใช้ได้ในบางเงื่อนไข

ปัจจุบัน ยานอวกาศ สถานีวงโคจร และดาวเทียมโลกไร้คนขับถูกปล่อยสู่อวกาศด้วยจรวดที่ติดตั้งเครื่องยนต์เทอร์โมเคมีอันทรงพลัง นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีแรงขับต่ำอีกด้วย นี่เป็นสำเนาเครื่องยนต์ทรงพลังขนาดเล็ก บางส่วนสามารถวางบนฝ่ามือของคุณได้ แรงขับของเครื่องยนต์ดังกล่าวมีขนาดเล็กมาก แต่ก็เพียงพอที่จะควบคุมตำแหน่งของเรือในอวกาศได้

3.เครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมี

เป็นที่รู้กันว่าในเครื่องยนต์ สันดาปภายในเตาเผาของหม้อต้มไอน้ำ - ไม่ว่าจะเกิดการเผาไหม้ที่ไหน ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศจะมีบทบาทมากที่สุด 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 โหมดการเผาไหม้ เชื้อเพลิงแข็งขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของมอเตอร์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง (การสตาร์ท การคงอยู่ หรือรวมกัน) ขีปนาวุธจรวดแข็งที่ใช้ในกิจการทหารมีลักษณะพิเศษคือการมีเครื่องยนต์สตาร์ทและค้ำจุน เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งที่ปล่อยตัวจะพัฒนาแรงขับสูงในช่วงเวลาสั้น ๆ ซึ่งจำเป็นสำหรับขีปนาวุธที่จะออกจากตัวยิงและสำหรับการเร่งความเร็วเริ่มต้น มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนจรวดแบบแข็งค้ำจุนได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาความเร็วในการบินของจรวดในส่วนหลัก (แรงขับ) ของเส้นทางบินให้คงที่ ความแตกต่างระหว่างสิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่อยู่ที่การออกแบบห้องเผาไหม้และโปรไฟล์ของพื้นผิวการเผาไหม้ของประจุเชื้อเพลิง ซึ่งกำหนดอัตราการเผาไหม้เชื้อเพลิงซึ่งขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการทำงานและแรงขับของเครื่องยนต์ ต่างจากจรวดดังกล่าว ยานปล่อยอวกาศสำหรับปล่อยดาวเทียมโลก สถานีโคจร และยานอวกาศ รวมถึงสถานีระหว่างดาวเคราะห์จะทำงานเฉพาะในโหมดการปล่อยตั้งแต่การปล่อยจรวดจนกระทั่งวัตถุถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรรอบโลกหรือเข้าสู่วิถีโคจรระหว่างดาวเคราะห์ โดยทั่วไป เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งไม่มีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวมากนัก เนื่องจากเป็นเครื่องยนต์ที่ผลิตง่าย สามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานาน พร้อมเสมอสำหรับปฏิบัติการ และค่อนข้างป้องกันการระเบิด แต่ในแง่ของแรงขับเฉพาะ เครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็งนั้นด้อยกว่าเครื่องยนต์ของเหลวถึง 10-30%

4. เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า

เครื่องยนต์จรวดเกือบทั้งหมดที่กล่าวถึงข้างต้นมีแรงขับมหาศาลและได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจรรอบโลก และเร่งความเร็วให้เป็นความเร็วจักรวาลสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์ เรื่องที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงคือระบบขับเคลื่อนของยานอวกาศที่ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรหรือในวิถีโคจรระหว่างดาวเคราะห์แล้ว ตามกฎแล้วจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์ พลังงานต่ำ(หลายกิโลวัตต์หรือวัตต์) สามารถทำงานได้นับร้อยนับพันชั่วโมงและมีการเปิดปิดซ้ำๆ ช่วยให้คุณสามารถรักษาการบินในวงโคจรหรือตามวิถีที่กำหนด โดยชดเชยแรงต้านการบินที่สร้างขึ้น ชั้นบนสุดบรรยากาศและลมสุริยะ ในเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า สารทำงานจะถูกเร่งด้วยความเร็วที่กำหนดโดยการให้ความร้อนด้วยพลังงานไฟฟ้า ไฟฟ้ามาจาก แผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 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) ซึ่งการมีอยู่ของมันได้รับการพิสูจน์เชิงประจักษ์โดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียเมื่อปี 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 ใน โครงการที่ง่ายที่สุดของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ทำงานด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แข็ง สารทำงานจะถูกวางไว้ในถัง ปั๊มจะส่งไปที่ห้องเครื่องยนต์ เมื่อฉีดพ่นโดยใช้หัวฉีด สารทำงานจะสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง ทำให้ร้อนขึ้น ขยายตัว และถูกพ่นออกมาด้วยความเร็วสูงผ่านหัวฉีด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีพลังงานสำรองเหนือกว่าเชื้อเพลิงประเภทอื่นๆ จากนั้นคำถามเชิงตรรกะก็เกิดขึ้น: เหตุใดการติดตั้งโดยใช้เชื้อเพลิงนี้จึงมีแรงขับจำเพาะที่ค่อนข้างต่ำและมีมวลมาก ความจริงก็คือแรงขับจำเพาะของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสนั้นถูกจำกัดโดยอุณหภูมิของวัสดุฟิสไซล์ และ โรงไฟฟ้าปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่รุนแรงเมื่อทำงาน รังสีไอออไนซ์ซึ่งมีผลเสียต่อสิ่งมีชีวิต การป้องกันทางชีวภาพจากรังสีดังกล่าวมีความสำคัญมากและไม่สามารถใช้ได้กับยานอวกาศ การพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เชิงปฏิบัติโดยใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็งเริ่มขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา เกือบจะพร้อมกันกับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรก งานนี้ดำเนินการในบรรยากาศที่มีความลับเพิ่มขึ้น แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าเครื่องยนต์จรวดดังกล่าวยังไม่ได้รับการนำไปใช้จริงในอวกาศ จนถึงขณะนี้ ทุกอย่างถูกจำกัดอยู่เพียงการใช้แหล่งพลังงานไฟฟ้าของไอโซโทปที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำบนดาวเทียมโลกเทียมไร้คนขับ ยานอวกาศ x และ "Lunokhod" โซเวียตผู้โด่งดังไปทั่วโลก

7. เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ หลักการทำงาน วิธีการรับแรงกระตุ้นในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ได้ชื่อมาจากการที่พวกมันสร้างแรงผลักดันจากการใช้พลังงานนิวเคลียร์ นั่นคือพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ใน ในความหมายทั่วไปปฏิกิริยาเหล่านี้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะพลังงานของนิวเคลียสของอะตอมรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสบางส่วนไปเป็นนิวเคลียสอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการปรับโครงสร้างของนิวเคลียสหรือการเปลี่ยนแปลงจำนวนอนุภาคมูลฐานที่มีอยู่ในนิวเคลียส - นิวคลีออน ยิ่งกว่านั้น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ดังที่ทราบกันดีว่าสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ (เช่น เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ) หรือเกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ เช่น เมื่อนิวเคลียสบางตัวถูกคนอื่นโจมตี (หรืออนุภาคมูลฐาน) ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันและฟิวชันมีปริมาณพลังงานเกินขนาด ปฏิกริยาเคมีล้านและสิบล้านครั้งตามลำดับ นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงาน พันธะเคมีอะตอมในโมเลกุลมีค่าน้อยกว่าพลังงานพันธะนิวเคลียร์ของนิวคลีออนในนิวเคลียสหลายเท่า พลังงานนิวเคลียร์ในเครื่องยนต์จรวดสามารถใช้ได้สองวิธี:

1. พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน ซึ่งจะขยายตัวในหัวฉีด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดทั่วไป

2. พลังงานนิวเคลียร์แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าแล้วนำไปใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนและเร่งอนุภาคของของไหลทำงาน

3. สุดท้าย แรงกระตุ้นถูกสร้างขึ้นโดยผลิตภัณฑ์จากฟิชชันที่เกิดขึ้นในกระบวนการ (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)

นอกเหนือจากการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แล้ว ห้องปฏิบัติการลอสอลามอสยังดำเนินการอีกด้วย แกว่งเต็มที่ทำงานเกี่ยวกับการก่อสร้างสถานที่ทดสอบพิเศษในเนวาดา และยังดำเนินการตามคำสั่งพิเศษจำนวนมากสำหรับกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในพื้นที่ที่เกี่ยวข้อง (การพัฒนาหน่วย TURE แต่ละหน่วย) 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 "Luch" (PNITI) พัฒนา โครงการต่างๆเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อวกาศและระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์แบบไฮบริด ในสำนักออกแบบระบบอัตโนมัติเคมีภายใต้การนำทางวิทยาศาสตร์ของ NIITP (FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO Luch, MAI รับผิดชอบองค์ประกอบเครื่องปฏิกรณ์) 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 Bench Complex สำหรับการทดสอบขนาดเต็ม เครื่องยนต์นิวเคลียร์“ Baikal-1” อยู่ห่างจาก Semipalatinsk-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

ตามหลักการทำงานของ TURE คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-เครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง โดยที่ของเหลวทำงาน (ไฮโดรเจนเหลว) จะถูกป้อนเข้าไปภายใต้ความดัน และในขณะที่ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง (มากกว่า 3000°C) TURE ก็จะถูกดีดออกมาทาง 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 โดยคงที่ องค์ประกอบทางเคมีของไหลทำงาน) /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 เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสมีข้อจำกัดที่สำคัญเกี่ยวกับสิ่งที่สามารถทำได้ ลักษณะที่สำคัญที่สุด. ข้อจำกัดเหล่านี้แสดงถึงการที่อุปกรณ์ (TNR) ไม่สามารถทำงานในช่วงอุณหภูมิที่เกินช่วงอุณหภูมิการทำงานสูงสุดได้ วัสดุก่อสร้างเครื่องยนต์. เพื่อขยายขีดความสามารถและเพิ่มพารามิเตอร์การทำงานหลักของ TJRE อย่างมีนัยสำคัญ สามารถใช้โครงร่างไฮบริดต่างๆ โดยที่ TJRE มีบทบาทเป็นแหล่งความร้อนและพลังงานและเพิ่มเติม วิธีการทางกายภาพการเร่งความเร็วของร่างกายทำงาน น่าเชื่อถือที่สุด เป็นไปได้จริง และมี ประสิทธิภาพสูงในแง่ของแรงกระตุ้นและแรงผลักดันเฉพาะนั้นเป็นโครงการไฮบริดที่มีวงจร MHD เพิ่มเติม (วงจรแม่เหล็กไฮโดรไดนามิก) สำหรับการเร่งของเหลวทำงานที่แตกตัวเป็นไอออน (ไฮโดรเจนและสารเติมแต่งพิเศษ) /13/

18. อันตรายจากรังสีจากเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้งานได้คือ แหล่งที่มาอันทรงพลังรังสี - รังสีแกมมาและนิวตรอน โดยปราศจากการยอมรับ มาตรการพิเศษ, การแผ่รังสีสามารถทำให้เกิดความร้อนที่ยอมรับไม่ได้ของของไหลและโครงสร้างในยานอวกาศ, การเปราะของวัสดุโครงสร้างโลหะ, การทำลายพลาสติกและการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนยาง และความล้มเหลวของฉนวน สายไฟฟ้า, ความล้มเหลวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การแผ่รังสีอาจทำให้เกิดกัมมันตภาพรังสี (เทียม) ของวัสดุ - การกระตุ้น

ปัจจุบันปัญหาการป้องกันรังสีของยานอวกาศด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ถือว่าได้รับการแก้ไขในหลักการแล้ว ปัญหาพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่แท่นทดสอบและจุดปล่อยจรวดก็ได้รับการแก้ไขเช่นกัน แม้ว่าเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ทำงานอาจก่อให้เกิดอันตรายต่อบุคลากรปฏิบัติการ แต่หนึ่งวันหลังจากการสิ้นสุดการทำงานของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ก็เป็นไปได้โดยไม่ต้องใช้วิธีใด ๆ การป้องกันส่วนบุคคลอยู่ห่างจากโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ภายในเวลาไม่กี่สิบนาทีในระยะทาง 50 เมตรและเข้าใกล้ด้วย วิธีการป้องกันที่ง่ายที่สุดช่วยให้เจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงเข้าสู่พื้นที่ทำงานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ได้ไม่นานหลังจากการทดสอบ

ระดับการปนเปื้อนของจุดปล่อยจรวดและ สิ่งแวดล้อมเห็นได้ชัดว่าจะไม่เป็นอุปสรรคต่อการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในจรวดอวกาศระดับล่าง ปัญหาอันตรายจากรังสีต่อสิ่งแวดล้อมและบุคลากรปฏิบัติการส่วนใหญ่ได้รับการบรรเทาลงจากข้อเท็จจริงที่ว่าไฮโดรเจนซึ่งใช้เป็นสารทำงาน ไม่ได้ถูกกระตุ้นเมื่อผ่านเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นกระแสไอพ่นของเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงไม่อันตรายไปกว่าไอพ่นของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว/4/

บทสรุป

เมื่อพิจารณาถึงโอกาสในการพัฒนาและการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในอวกาศเราควรดำเนินการตามคุณลักษณะที่บรรลุผลและคาดหวัง หลากหลายชนิด NRE จากสิ่งที่สามารถมอบให้กับอวกาศ การประยุกต์ใช้ และสุดท้ายจากความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดระหว่างปัญหาของ NRE กับปัญหาการจัดหาพลังงานในอวกาศและกับปัญหาการพัฒนาพลังงานโดยทั่วไป

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

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ ลักษณะเฉพาะซึ่งรวมถึงความเข้มข้นของพลังงานแทบไม่จำกัด ความเป็นอิสระในการทำงานจากสิ่งแวดล้อม ภูมิคุ้มกันต่ออิทธิพลภายนอก (รังสีคอสมิก ความเสียหายของอุกกาบาต สูงและ อุณหภูมิต่ำฯลฯ) อย่างไรก็ตาม กำลังสูงสุดของการติดตั้งไอโซโทปรังสีนิวเคลียร์นั้นจำกัดอยู่ที่มูลค่าหลายร้อยวัตต์ ข้อ จำกัด นี้ไม่มีอยู่ในโรงไฟฟ้าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งกำหนดความสามารถในการทำกำไรของการใช้งานระหว่างการบินระยะยาวของยานอวกาศหนักในพื้นที่ใกล้โลกระหว่างการบินไปยังดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลของระบบสุริยะและในกรณีอื่น ๆ

ข้อดีของโซลิดเฟสและเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อื่น ๆ ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันได้รับการเปิดเผยอย่างเต็มที่มากที่สุดในการศึกษาโครงการอวกาศที่ซับซ้อนเช่นการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ (ตัวอย่างเช่นระหว่างการเดินทางไปดาวอังคาร) ในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของแรงกระตุ้นเฉพาะของทรัสเตอร์ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาใหม่เชิงคุณภาพได้ ปัญหาทั้งหมดนี้บรรเทาลงอย่างมากเมื่อใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสที่มีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงเป็นสองเท่าของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสมัยใหม่ ในกรณีนี้สามารถลดเวลาการบินลงได้อย่างมาก

เป็นไปได้มากว่าในอนาคตอันใกล้นี้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสจะกลายเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์จรวดที่ใช้กันมากที่สุด เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เฟสแข็งสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สำหรับการบินระยะไกลได้ เช่น ไปยังดาวเคราะห์อย่างดาวเนปจูน ดาวพลูโต และแม้แต่บินไปไกลกว่านั้น ระบบสุริยะ. 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. Gubanov B. “พลังงาน - Buran” - ก้าวสู่อนาคต // วิทยาศาสตร์และชีวิต-

13. เทคโนโลยี Gatland K. Space - M.: Mir, 1986

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

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

16. ระหว่างทางไป ห้วงอวกาศ// พลังงาน. - 2528. - ลำดับที่ 6.

แอปพลิเคชัน

ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส

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

อาจเริ่มบทความนี้ด้วยข้อความแบบดั้งเดิมเกี่ยวกับวิธีที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์เสนอแนวคิดที่โดดเด่น จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็นำแนวคิดเหล่านั้นมาสู่ชีวิตจริง คุณทำได้ แต่คุณไม่ต้องการเขียนด้วยตราประทับ ควรจำไว้ว่าเครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่ เชื้อเพลิงแข็งและของเหลว มีลักษณะที่ไม่น่าพึงพอใจมากกว่าสำหรับการบินในระยะทางที่ค่อนข้างไกล อนุญาตให้คุณส่งสินค้าขึ้นสู่วงโคจรโลกและส่งบางสิ่งไปยังดวงจันทร์แม้ว่าเที่ยวบินดังกล่าวจะมีราคาแพงกว่าก็ตาม แต่การบินไปดาวอังคารด้วยเครื่องยนต์ดังกล่าวไม่ใช่เรื่องง่ายอีกต่อไป ให้เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์แก่พวกเขา ปริมาณที่ต้องการ. และปริมาตรเหล่านี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับระยะทางที่ต้องเอาชนะ

อีกทางเลือกหนึ่งนอกเหนือจากเครื่องยนต์จรวดเคมีแบบดั้งเดิมคือเครื่องยนต์ไฟฟ้า พลาสมา และนิวเคลียร์ ในบรรดาเครื่องยนต์ทางเลือกทั้งหมด มีเพียงระบบเดียวเท่านั้นที่ถึงขั้นตอนการพัฒนาเครื่องยนต์ - นิวเคลียร์ (Nuclear Reaction Engine) ในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา งานเริ่มต้นเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา ชาวอเมริกันกำลังดำเนินการทั้งสองทางเลือกสำหรับโรงไฟฟ้าดังกล่าว: แบบปฏิกิริยาและแบบพัลส์ แนวคิดแรกเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แล้วปล่อยผ่านหัวฉีด ในทางกลับกัน เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์แบบพัลส์จะขับเคลื่อนยานอวกาศผ่านการระเบิดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จำนวนเล็กน้อยติดต่อกัน

นอกจากนี้ในสหรัฐอเมริกา ยังมีการคิดค้นโครงการ Orion โดยรวมเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ทั้งสองเวอร์ชันเข้าด้วยกัน สิ่งนี้ทำได้ด้วยวิธีดังต่อไปนี้: ประจุนิวเคลียร์ขนาดเล็กที่มีความจุทีเอ็นทีประมาณ 100 ตันถูกขับออกจากส่วนท้ายของเรือ แผ่นโลหะถูกยิงตามพวกเขาไป ที่ระยะห่างจากเรือ ประจุถูกจุดชนวน จานจานระเหย และสสารกระจัดกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน ส่วนหนึ่งตกลงไปในส่วนท้ายของเรือแล้วเคลื่อนไปข้างหน้า ควรเพิ่มแรงผลักดันเล็กน้อยโดยการระเหยของแผ่นที่รับแรงกระแทก ต้นทุนต่อหน่วยของเที่ยวบินดังกล่าวควรอยู่ที่เพียง 150 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมของน้ำหนักบรรทุก

มันถึงจุดทดสอบด้วยซ้ำ: ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวโดยใช้แรงกระตุ้นที่ต่อเนื่องกันนั้นเป็นไปได้ เช่นเดียวกับการสร้างแผ่นท้ายเรือที่มีความแข็งแกร่งเพียงพอ แต่โครงการ Orion ถูกปิดตัวลงในปี พ.ศ. 2508 โดยถือว่าไม่มีท่าว่าจะดี อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้นี่เป็นแนวคิดเดียวที่มีอยู่ซึ่งสามารถอนุญาตให้มีการสำรวจข้ามระบบสุริยะเป็นอย่างน้อย

เป็นไปได้ที่จะไปถึงการสร้างต้นแบบด้วยเครื่องยนต์จรวดที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์เท่านั้น เหล่านี้คือโซเวียต RD-0410 และ American NERVA พวกเขาทำงานบนหลักการเดียวกัน: ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ "ทั่วไป" สารทำงานจะได้รับความร้อนซึ่งเมื่อดีดออกจากหัวฉีดจะสร้างแรงผลักดัน สารทำงานของเครื่องยนต์ทั้งสองคือไฮโดรเจนเหลว แต่เครื่องยนต์โซเวียตใช้เฮปเทนเป็นสารเสริม

แรงขับของ RD-0410 คือ 3.5 ตัน NERVA ให้เกือบ 34 แต่ก็มีขนาดใหญ่เช่นกัน: ความยาว 43.7 เมตรและเส้นผ่านศูนย์กลาง 10.5 เทียบกับ 3.5 และ 1.6 เมตรตามลำดับสำหรับเครื่องยนต์โซเวียต ในเวลาเดียวกันเครื่องยนต์ของอเมริกานั้นด้อยกว่าเครื่องยนต์ของโซเวียตถึงสามเท่าในแง่ของทรัพยากร - RD-0410 สามารถทำงานได้หนึ่งชั่วโมง

อย่างไรก็ตามเครื่องยนต์ทั้งสองแม้จะสัญญาไว้ แต่ก็ยังยังคงอยู่บนโลกและไม่ได้บินไปไหน เหตุผลหลักการปิดโครงการทั้งสอง (NERVA ในช่วงกลางทศวรรษที่ 70, RD-0410 ในปี 1985) - เงิน ลักษณะของเครื่องยนต์เคมีนั้นแย่กว่าเครื่องยนต์นิวเคลียร์ แต่ค่าใช้จ่ายในการเปิดตัวเรือด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีน้ำหนักบรรทุกเท่ากันอาจมากกว่าการเปิดตัว Soyuz แบบเดียวกันด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวถึง 8-12 เท่า . และนี่ไม่ได้คำนึงถึงต้นทุนทั้งหมดที่จำเป็นในการทำให้เครื่องยนต์นิวเคลียร์มีความเหมาะสมสำหรับการใช้งานจริงด้วยซ้ำ

การรื้อถอนรถรับส่ง "ราคาถูก" และไม่มี เมื่อเร็วๆ นี้การปฏิวัติเทคโนโลยีอวกาศจำเป็นต้องมีโซลูชั่นใหม่ๆ ในเดือนเมษายนของปีนี้ หัวหน้าของ Roscosmos A. Perminov ในขณะนั้นได้ประกาศความตั้งใจที่จะพัฒนาและนำระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ใหม่มาใช้จริง นี่คือสิ่งที่ตามความเห็นของ Roscosmos ควรปรับปรุง "สถานการณ์" ในจักรวาลศาสตร์ทั่วโลกอย่างรุนแรง ตอนนี้เป็นที่ชัดเจนแล้วว่าใครควรเป็นผู้ปฏิวัติครั้งต่อไปในอวกาศ: การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์จะดำเนินการโดย Keldysh Center Federal State Unitary Enterprise ผู้บริหารสูงสุดองค์กร A. Koroteev ทำให้สาธารณชนพอใจแล้วว่าการออกแบบเบื้องต้นของยานอวกาศสำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ใหม่จะพร้อมแล้ว ปีหน้า. การออกแบบเครื่องยนต์ควรจะพร้อมภายในปี 2562 โดยมีกำหนดการทดสอบในปี 2568

คอมเพล็กซ์นี้เรียกว่า TEM - โมดูลการขนส่งและพลังงาน โดยจะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ระบายความร้อนด้วยแก๊ส ระบบขับเคลื่อนโดยตรงยังไม่ได้ตัดสินใจ: อาจเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นเช่น RD-0410 หรือเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า (ERE) อย่างไรก็ตาม ประเภทหลังยังไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายทุกที่ในโลก: มีเพียงยานอวกาศสามลำเท่านั้นที่ติดตั้งไว้ แต่ความจริงที่ว่าเครื่องปฏิกรณ์สามารถจ่ายพลังงานได้ไม่เพียงแต่เครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงหน่วยอื่นๆ อีกหลายหน่วย หรือแม้แต่ใช้ TEM ทั้งหมดเป็นโรงไฟฟ้าในอวกาศ บ่งบอกถึงความสนับสนุนของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า