Таринга! Ядрени ракети за завладяване на Слънчевата система

Ядрени ракети: за завладяване на Слънчевата система

** Киви реактор (Киви А ') **

ракети

Тестът започна по план. Реакторът се активира и течният водород - който служи едновременно като гориво и охлаждаща течност - започва да тече през активната зона. При контакт с горивните пръти при 2000 ° C, водородът внезапно се нагрява. Полученият газ ще бъде изхвърлен през дюза, разположена в горната част на устройството.

Тестване на ядрено-топлинен двигател по време на програмата NERVA

Само минута след достигане на пълна мощност горивните пръти на реактора започнаха да се счупват. Парчета от делящ се материал - уранов диоксид - и радиоактивни изотопи, генерирани по време на делене, бяха изхвърлени в атмосферата през дюзата. Тестът веднага бе отменен.

Съветски дизайн на ядрени кораби за пътуване до Марс

Тогава никой от присъстващите не можеше да подозира, че инцидентът с реактора Kiwi B1B в крайна сметка ще отбележи повратна точка в популярността на тази задвижваща система. По това време термоядрените двигатели обещаха да направят пилотирано пътуване до Марс реалност в началото на 80-те години. Половин век по-късно все още сме в капан в ниска орбита. Историята на ядрения двигател е историята на разочарованите мечти за изследване на космоса.

Ядрено задвижване в космоса

Поставянето на обект в орбита изисква много енергия. Гравитационният кладенец на нашата планета е много дълбок и е трудно да се достигне орбиталната скорост от 8 км/сек. От началото на космическата ера химическото задвижване се използва във всички ракети-носители и в по-голямата част от създадените от човека космически кораби. Не е лош вариант да достигнем земната орбита, но ако искаме да пътуваме отвъд Луната, е ясно, че имаме нужда от нещо по-добро. Заедно с други алтернативи, ядреното задвижване е една от големите надежди на пилотираното изследване на Слънчевата система. Изправени пред ограниченията на традиционните химически двигатели, ядрената енергия обещава да постигне висока тяга и специфични импулси, необходими за осъществяването на пътуване до Марс.

** Версия на пилотирания марсиански космически кораб с електрическо ядрено задвижване от RKK Energía. Можете също да видите топлинния щит на апарата за спускане на Марс и кораб Klíper за връщането на Земята **

Има два основни начина за използване на ядрената енергия в космическите мисии. Първият, по-опростен като концепция, е топлинното ядрено задвижване. Според тази система топлината, генерирана от реактор за делене, се използва за нагряване на гориво, което действа като реакционна течност. Другото е ядрено електрическо задвижване, състоящо се от използване на ядрен реактор за захранване на серия от електродвигатели (йонни или плазмени). В тази публикация ще проучим топлинното ядрено задвижване.

Термични ядрени двигатели

Тестване на главния двигател на космическата совалка (SSME), криогенен химически двигател

Вторият параметър, който влияе на Isp, също е лесен за усвояване. Колкото по-малка е масата на молекулите, които излизат през дюзата, толкова по-голяма е тяхната скорост, тъй като ако имаме два обекта с различна маса с еднаква кинетична енергия, по-лекият ще има по-висока скорост. В химическите двигатели тази маса се диктува от типа реакция, който сме избрали. Например, в криогенен двигател отработените газове се състоят от водни молекули (с маса от 18 amu-единица атомна маса - всяка). Ето защо при този тип двигатели можем да получим по-висок Isp, ако въведем повече водород от необходимото в горивната камера. Въпреки че температурата в камерата спада, това се компенсира от по-високата скорост, която молекулите на водорода придобиват (с молекулна маса само 2 amu).

Добре, а какво ще кажете за ядрена топлинна машина? В този случай ние не сме ограничени от температурата, тъй като теоретично можем да достигнем милиони градуси по Целзий в реактор за делене. В действителност проблемът е точно обратният: трябва да се научим да контролираме тези високи температури, без да топим материалите, изграждащи структурата на двигателя.

Що се отнася до молекулната маса на отработените газове, можем да използваме почти всяко вещество като пропелент. Ние просто се нуждаем от него, за да влезем в директен контакт с реактора, така че той да се нагрее и да бъде изхвърлен от дюзата. На теория бихме могли да използваме вода, амоняк, белина или дори сода от супермаркета, няма значение. Но, както видяхме, идеалното е да се използва вещество с възможно най-ниската молекулна маса, така че понякога водородът е най-добрият кандидат, който да служи като гориво в ядрен двигател. И казваме понякога, защото в момента на истината това не е толкова просто. За да поддържате водород в течно състояние, трябва да го охладите до -250º C, което е трудно, особено ако искаме да го използваме в дълбокия космос. Освен това, започвайки от 2500 K, молекулярният водород започва да се дисоциира в атомен водород в камерата, намалявайки крайния Isp. Поради тези причини има дизайни, които използват други вещества като метан или амоняк.