เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์คือเครื่องยนต์จรวดที่มีหลักการทำงานขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือการสลายกัมมันตภาพรังสี ซึ่งปล่อยพลังงานที่ทำให้ของไหลทำงานร้อนขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาหรือสารอื่นบางอย่าง เช่น ไฮโดรเจน เครื่องยนต์จรวดมีหลายประเภทที่ใช้หลักการทำงานที่อธิบายไว้ข้างต้น: นิวเคลียร์, ไอโซโทปรังสี, เทอร์โมนิวเคลียร์ การใช้เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เป็นไปได้ที่จะได้รับค่าแรงกระตุ้นจำเพาะสูงกว่าค่าที่สามารถทำได้โดยเครื่องยนต์จรวดเคมีอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสูงของแรงกระตุ้นจำเพาะอธิบายได้ด้วยความเร็วสูงของการไหลออกของของไหลทำงาน - ประมาณ 8-50 กม./วินาที แรงขับของเครื่องยนต์นิวเคลียร์เทียบได้กับแรงขับของเครื่องยนต์เคมี ซึ่งจะทำให้ในอนาคตสามารถแทนที่เครื่องยนต์เคมีทั้งหมดด้วยพลังงานนิวเคลียร์ได้

อุปสรรคสำคัญในการทดแทนให้สมบูรณ์คือมลพิษทางกัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

แบ่งออกเป็นสองประเภท - เฟสของแข็งและเฟสก๊าซ ในเครื่องยนต์ประเภทแรก วัสดุฟิสไซล์จะถูกวางในชุดประกอบก้านที่มีพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว ทำให้สามารถให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานที่เป็นก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งโดยปกติแล้วไฮโดรเจนจะทำหน้าที่เป็นของเหลวทำงาน ความเร็วไอเสียถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิสูงสุดของของไหลทำงานซึ่งในทางกลับกันจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตขององค์ประกอบโครงสร้างโดยตรงและจะต้องไม่เกิน 3,000 K ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบแก๊สเฟสสารฟิสไซล์ อยู่ในสถานะก๊าซ การเก็บรักษาในพื้นที่ทำงานนั้นดำเนินการผ่านอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ประเภทนี้ องค์ประกอบโครงสร้างไม่ใช่ปัจจัยจำกัด ดังนั้นความเร็วไอเสียของของไหลทำงานอาจเกิน 30 กม./วินาที สามารถใช้เป็นเครื่องยนต์ขั้นแรกได้ แม้ว่าจะมีการรั่วไหลของวัสดุฟิสไซล์ก็ตาม

ในยุค 70 ศตวรรษที่ XX ในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต มีการทดสอบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่มีสสารฟิสไซล์ในระยะของแข็ง ในสหรัฐอเมริกา มีการพัฒนาโปรแกรมเพื่อสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ทดลองโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ NERVA

ชาวอเมริกันพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์ซึ่งระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลว ซึ่งถูกให้ความร้อน ระเหย และดีดออกผ่านหัวฉีดจรวด การเลือกใช้กราไฟท์เกิดจากการทนต่ออุณหภูมิ ตามโครงการนี้ แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ที่ได้ควรจะสูงเป็นสองเท่าของลักษณะรูปร่างที่สอดคล้องกันของเครื่องยนต์เคมี โดยมีแรงขับ 1100 กิโลนิวตัน เครื่องปฏิกรณ์ Nerva ควรจะทำงานเป็นส่วนหนึ่งของระยะที่ 3 ของยานส่งจรวด Saturn V แต่เนื่องจากการปิดโปรแกรมบนดวงจันทร์และการขาดงานอื่นๆ สำหรับเครื่องยนต์จรวดในระดับนี้ เครื่องปฏิกรณ์จึงไม่เคยถูกทดสอบในทางปฏิบัติ

ปัจจุบันเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาทางทฤษฎี เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเกี่ยวข้องกับการใช้พลูโทเนียมซึ่งมีกระแสก๊าซที่เคลื่อนที่ช้าล้อมรอบด้วยไฮโดรเจนที่เย็นตัวเร็วขึ้น การทดลองได้ดำเนินการที่สถานีอวกาศวงโคจร MIR และ ISS ซึ่งสามารถเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซได้ต่อไป

วันนี้เราสามารถพูดได้ว่ารัสเซียได้ "แช่แข็ง" การวิจัยในด้านระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์เล็กน้อย งานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและปรับปรุงส่วนประกอบพื้นฐานและส่วนประกอบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตลอดจนการรวมเข้าด้วยกัน ทิศทางสำคัญสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมในพื้นที่นี้คือการสร้างระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ที่สามารถทำงานในสองโหมด โหมดแรกคือโหมดเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ และโหมดที่สองคือโหมดการติดตั้งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนยานอวกาศ

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

ละครแห่งประวัติศาสตร์อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหากการวิจัยเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์และการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกหยุดด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจเป็นหลัก ยังคงดำเนินต่อไป เที่ยวบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคารคงกลายเป็นเรื่องปกติไปนานแล้ว

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยเครื่องบินบรรยากาศที่มีเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ท

นักออกแบบในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตพิจารณาการติดตั้งนิวเคลียร์แบบ "หายใจ" ที่สามารถดึงอากาศภายนอกและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิมหาศาล อาจเป็นไปได้ว่าหลักการของการสร้างแรงขับนี้ถูกยืมมาจากเครื่องยนต์ ramjet แต่ใช้พลังงานฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียมไดออกไซด์ 235 แทนเชื้อเพลิงจรวด

ในสหรัฐอเมริกา เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโต ชาวอเมริกันสามารถสร้างต้นแบบเครื่องยนต์ใหม่ได้สองแบบ ได้แก่ Tory-IIA และ Tory-IIC ซึ่งขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยซ้ำ กำลังการผลิตติดตั้งควรจะเป็น 600 เมกะวัตต์

เครื่องยนต์ที่พัฒนาขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโตได้รับการวางแผนที่จะติดตั้งบนขีปนาวุธล่องเรือ ซึ่งในปี 1950 ถูกสร้างขึ้นภายใต้ชื่อ SLAM (ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง, ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง)

สหรัฐฯ วางแผนสร้างจรวดยาว 26.8 เมตร เส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เมตร และหนัก 28 ตัน ตัวจรวดควรจะมีหัวรบนิวเคลียร์ เช่นเดียวกับระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีความยาว 1.6 เมตร และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 เมตร เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดอื่นๆ การติดตั้งดูกะทัดรัดมาก ซึ่งอธิบายหลักการทำงานแบบไหลตรงได้

นักพัฒนาเชื่อว่าต้องขอบคุณเครื่องยนต์นิวเคลียร์ ระยะการบินของขีปนาวุธสแลมจะอยู่ที่อย่างน้อย 182,000 กิโลเมตร

ในปี พ.ศ. 2507 กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ ได้ปิดโครงการนี้ เหตุผลอย่างเป็นทางการคือในระหว่างการบิน ขีปนาวุธร่อนที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ก่อให้เกิดมลพิษต่อทุกสิ่งรอบตัวมากเกินไป แต่ในความเป็นจริง เหตุผลก็คือต้นทุนที่สำคัญในการบำรุงรักษาจรวดดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถึงเวลานั้น จรวดมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วโดยใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ซึ่งการบำรุงรักษามีราคาถูกกว่ามาก

สหภาพโซเวียตยังคงยึดมั่นในแนวคิดในการสร้างการออกแบบ ramjet สำหรับเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์นานกว่าสหรัฐอเมริกามากโดยปิดโครงการในปี 1985 เท่านั้น แต่ผลลัพธ์กลับกลายเป็นสิ่งที่สำคัญกว่ามาก ดังนั้นเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ตัวแรกและตัวเดียวของโซเวียตจึงได้รับการพัฒนาที่สำนักออกแบบ Khimavtomatika, Voronezh นี่คือ RD-0410 (ดัชนี GRAU - 11B91 หรือที่เรียกว่า “Irbit” และ “IR-100”)

RD-0410 ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนต่างกัน ตัวหน่วงคือเซอร์โคเนียมไฮไดรด์ ตัวสะท้อนนิวตรอนทำจากเบริลเลียม เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นวัสดุที่มียูเรเนียมและทังสเตนคาร์ไบด์เป็นหลัก โดยมีการเสริมสมรรถนะประมาณ 80% ในไอโซโทป 235

การออกแบบประกอบด้วยชุดเชื้อเพลิง 37 ชุด หุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนที่แยกออกจากตัวหน่วง 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.

ขนาดและน้ำหนักโดยรวมค่อนข้างเล็ก อุณหภูมิสูงของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (3100 K) พร้อมระบบระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพพร้อมการไหลของไฮโดรเจนบ่งชี้ว่า RD0410 นั้นเป็นต้นแบบที่เกือบจะสมบูรณ์แบบของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์สำหรับขีปนาวุธล่องเรือสมัยใหม่ และเมื่อคำนึงถึงเทคโนโลยีสมัยใหม่ในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่หยุดตัวเองได้ การเพิ่มทรัพยากรจากหนึ่งชั่วโมงเป็นหลายชั่วโมงถือเป็นงานที่แท้จริง

การออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) เป็นเครื่องยนต์ไอพ่นซึ่งพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียร์หรือปฏิกิริยาฟิวชันจะทำให้ของไหลทำงานร้อน (ส่วนใหญ่มักเป็นไฮโดรเจนหรือแอมโมเนีย)

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์มีสามประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์:

• เฟสของแข็ง
• เฟสของเหลว
• เฟสแก๊ส

สิ่งที่สมบูรณ์ที่สุดคือเครื่องยนต์รุ่นโซลิดเฟส รูปนี้แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่ง่ายที่สุดพร้อมเครื่องปฏิกรณ์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบแข็ง สารทำงานอยู่ในถังภายนอก เมื่อใช้ปั๊มจะถูกส่งไปยังห้องเครื่องยนต์ ในห้องนั้น สารทำงานจะถูกพ่นโดยใช้หัวฉีดและสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สร้างเชื้อเพลิง เมื่อถูกความร้อนจะขยายตัวและบินออกจากห้องผ่านหัวฉีดด้วยความเร็วสูง

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

ขึ้นอยู่กับประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเครื่องยนต์จรวดไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัส และเครื่องยนต์นิวเคลียร์เอง (ใช้พลังงานของการแยกตัวของนิวเคลียร์)

ตัวเลือกที่น่าสนใจก็คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่ง - เสนอให้ใช้ประจุนิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงาน (เชื้อเพลิง) การติดตั้งดังกล่าวอาจเป็นได้ทั้งภายในและภายนอก

ข้อดีหลักของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์คือ:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง
• พลังงานสำรองที่สำคัญ
• ความกะทัดรัดของระบบขับเคลื่อน
• ความเป็นไปได้ที่จะได้รับแรงผลักดันที่สูงมาก - นับสิบแสนตันในสุญญากาศ

ข้อเสียเปรียบหลักคืออันตรายจากรังสีสูงของระบบขับเคลื่อน:

• ฟลักซ์ของรังสีทะลุทะลวง (รังสีแกมมา นิวตรอน) ระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์
• การกำจัดสารประกอบกัมมันตภาพรังสีสูงของยูเรเนียมและโลหะผสม
• การรั่วไหลของก๊าซกัมมันตภาพรังสีพร้อมกับของไหลทำงาน

ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์

เมื่อพิจารณาว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จากสิ่งพิมพ์ต่างๆ รวมถึงจากบทความทางวิทยาศาสตร์ หลักการทำงานของการติดตั้งดังกล่าวจึงควรพิจารณาโดยใช้ตัวอย่างของวัสดุสิทธิบัตรแบบเปิด แม้ว่าจะมีความรู้ความชำนาญก็ตาม

ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้มีชื่อเสียง Anatoly Sazonovich Koroteev ผู้เขียนสิ่งประดิษฐ์ภายใต้สิทธิบัตรนี้ ได้มอบโซลูชันทางเทคนิคสำหรับองค์ประกอบของอุปกรณ์สำหรับ YARDU สมัยใหม่ ด้านล่างนี้ฉันนำเสนอส่วนหนึ่งของเอกสารสิทธิบัตรดังกล่าวทุกคำและไม่มีความคิดเห็น

สาระสำคัญของโซลูชันทางเทคนิคที่นำเสนอนั้นแสดงไว้ในแผนภาพที่แสดงในภาพวาด ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ทำงานในโหมดขับเคลื่อน-พลังงานประกอบด้วยระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า (EPS) (แผนภาพตัวอย่างแสดงเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า 2 เครื่อง 1 และ 2 พร้อมระบบป้อนที่สอดคล้องกัน 3 และ 4) การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 กังหัน 6 คอมเพรสเซอร์ 7, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องพักฟื้น 9, ท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10, ตู้เย็น - หม้อน้ำ 11 ในกรณีนี้กังหัน 6, คอมเพรสเซอร์ 7 และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 จะรวมกันเป็นหน่วยเดียว - คอมเพรสเซอร์เทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ หน่วยขับเคลื่อนนิวเคลียร์ติดตั้งท่อ 12 ของของไหลทำงานและสายไฟฟ้า 13 เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 และหน่วยขับเคลื่อนไฟฟ้า เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 มีสิ่งที่เรียกว่าอินพุตของไหลทำงานอุณหภูมิสูง 14 และอุณหภูมิต่ำ 15 เช่นเดียวกับเอาต์พุตของไหลทำงานอุณหภูมิสูง 16 และอุณหภูมิต่ำ 17

เอาต์พุตของหน่วยเครื่องปฏิกรณ์ 5 เชื่อมต่อกับอินพุตของกังหัน 6 เอาต์พุตของกังหัน 6 เชื่อมต่อกับอินพุตอุณหภูมิสูง 14 ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 เอาต์พุตอุณหภูมิต่ำ 15 ของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 เชื่อมต่อกับทางเข้าท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10 ท่อน้ำวน Ranck-Hilsch 10 มีเอาต์พุต 2 ช่อง หนึ่งในนั้น (ผ่านสารทำงาน "ร้อน") เชื่อมต่อกับตู้เย็นหม้อน้ำ 11 และอีกช่องหนึ่ง ( ผ่านสารทำงาน "เย็น") เชื่อมต่อกับอินพุตของคอมเพรสเซอร์ 7. เอาต์พุตของตู้เย็นหม้อน้ำ 11 ยังเชื่อมต่อกับอินพุตของคอมเพรสเซอร์ 7. เอาต์พุตของคอมเพรสเซอร์ 7 เชื่อมต่อกับอินพุตอุณหภูมิต่ำ 15 เข้ากับ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องกู้คืนความร้อน 9. เอาต์พุตอุณหภูมิสูง 16 ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - เครื่องกู้คืนความร้อน 9 เชื่อมต่อกับอินพุตไปยังการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 ดังนั้นองค์ประกอบหลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จึงเชื่อมต่อถึงกันด้วยวงจรเดียวของของไหลทำงาน .

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานดังนี้ สารทำงานที่ให้ความร้อนในการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 จะถูกส่งไปยังกังหัน 6 ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของคอมเพรสเซอร์ 7 และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 ของเทอร์โบเจนเนอเรเตอร์ - คอมเพรสเซอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 8 สร้างพลังงานไฟฟ้าซึ่งส่งผ่านสายไฟฟ้า 13 ไปยังเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า 1 และ 2 และระบบจ่ายไฟ 3 และ 4 เพื่อให้มั่นใจในการทำงาน หลังจากออกจากกังหัน 6 แล้วสารทำงานจะถูกส่งผ่านทางเข้าอุณหภูมิสูง 14 ไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวพักฟื้น 9 ซึ่งสารทำงานจะถูกระบายความร้อนบางส่วน

จากนั้น จากช่องจ่ายอุณหภูมิต่ำ 17 ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 สารทำงานจะถูกส่งตรงไปยังท่อน้ำวน Ranque-Hilsch 10 ซึ่งภายในนั้นการไหลของของไหลทำงานจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนประกอบ "ร้อน" และ "เย็น" จากนั้นส่วน "ร้อน" ของสารทำงานจะถูกส่งไปยังตัวปล่อยตู้เย็น 11 ซึ่งสารทำงานส่วนนี้จะถูกระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ ส่วน "เย็น" ของสารทำงานจะไปที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ 7 และหลังจากการทำความเย็นแล้วส่วนของสารทำงานที่ออกจากตู้เย็นที่แผ่รังสี 11 ก็ตามมาด้วย

คอมเพรสเซอร์ 7 จ่ายสารทำงานที่ระบายความร้อนให้กับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 ผ่านทางทางเข้าอุณหภูมิต่ำ 15 สารทำงานที่ระบายความร้อนนี้ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 ให้การระบายความร้อนบางส่วนของการไหลสวนกลับของของไหลทำงานที่เข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน-ตัวพักฟื้น 9 จากกังหัน 6 ผ่านทางเข้าอุณหภูมิสูง 14 ถัดไปของเหลวทำงานที่ให้ความร้อนบางส่วน (เนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับการไหลย้อนของของไหลทำงานจากกังหัน 6) จากตัวแลกเปลี่ยนความร้อน - ตัวพักฟื้น 9 ผ่านอุณหภูมิสูง ทางออก 16 เข้าสู่การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ 5 อีกครั้ง วงจรซ้ำอีกครั้ง

ดังนั้น สารทำงานชนิดเดียวที่อยู่ในวงปิดทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานอย่างต่อเนื่องของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และการใช้ท่อน้ำวน Ranque-Hilsch เป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามแนวทางการแก้ปัญหาทางเทคนิคที่กล่าวอ้างไว้ ช่วยปรับปรุงลักษณะน้ำหนักและขนาด ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เพิ่มความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ และทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปได้

ลิงค์:

เมื่อถึงปลายทศวรรษนี้ ยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์สำหรับการเดินทางข้ามดาวเคราะห์อาจถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย และสิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงสถานการณ์อย่างมากทั้งในอวกาศใกล้โลกและบนโลกเอง

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) จะพร้อมบินในปี 2561 ประกาศนี้โดยผู้อำนวยการศูนย์ Keldysh นักวิชาการ อนาโตลี โคโรเตฟ- “เราต้องเตรียมตัวอย่างแรก (ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ – บันทึกของผู้เชี่ยวชาญออนไลน์) สำหรับการทดสอบการบินในปี 2561 ไม่ว่าเธอจะบินหรือไม่ก็อีกเรื่องหนึ่ง อาจมีคิว แต่เธอต้องพร้อมที่จะบิน” RIA Novosti รายงานคำพูดของเขา ข้างต้นหมายความว่าหนึ่งในโครงการโซเวียต - รัสเซียที่ทะเยอทะยานที่สุดในด้านการสำรวจอวกาศกำลังเข้าสู่ขั้นตอนของการปฏิบัติจริงในทันที

สาระสำคัญของโครงการนี้มีรากฐานมาจากกลางศตวรรษที่ผ่านมาคือสิ่งนี้ ขณะนี้การบินสู่อวกาศใกล้โลกดำเนินการด้วยจรวดที่เคลื่อนที่เนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเหลวหรือของแข็งในเครื่องยนต์ โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือเครื่องยนต์แบบเดียวกับในรถยนต์ เฉพาะในรถยนต์เท่านั้นที่ใช้น้ำมันเบนซินเมื่อถูกเผาไหม้ให้ดันลูกสูบในกระบอกสูบแล้วถ่ายเทพลังงานผ่านพวกมันไปยังล้อ และในเครื่องยนต์จรวด การเผาน้ำมันก๊าดหรือเฮปทิลจะผลักจรวดไปข้างหน้าโดยตรง

ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยีจรวดนี้ได้รับการปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบทั่วโลกจนถึงรายละเอียดที่เล็กที่สุด แต่นักวิทยาศาสตร์ด้านจรวดเองก็ยอมรับว่า การปรับปรุง - ใช่ มันจำเป็น กำลังพยายามเพิ่มน้ำหนักบรรทุกของจรวดจากปัจจุบัน 23 ตันเป็น 100 และแม้แต่ 150 ตันตามเครื่องยนต์สันดาปที่ "ปรับปรุง" - ใช่คุณต้องลอง แต่นี่เป็นทางตันจากมุมมองของวิวัฒนาการ - ไม่ว่าผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องยนต์จรวดทั่วโลกจะทำงานมากน้อยเพียงใด ผลลัพธ์สูงสุดที่เราได้รับจะถูกคำนวณเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ พูดโดยคร่าวๆ ทุกสิ่งทุกอย่างถูกบีบออกจากเครื่องยนต์จรวดที่มีอยู่ ไม่ว่าจะเป็นเชื้อเพลิงเหลวหรือเชื้อเพลิงแข็ง และการพยายามเพิ่มแรงผลักดันและแรงกระตุ้นเฉพาะนั้นไร้ประโยชน์ ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ให้การเพิ่มขึ้นหลายเท่า จากตัวอย่างการบินไปดาวอังคาร ตอนนี้ใช้เวลาบินไปและกลับประมาณหนึ่งปีครึ่งถึงสองปี แต่จะสามารถบินได้ภายในสองถึงสี่เดือน “ - อดีตหัวหน้าองค์การอวกาศสหพันธรัฐรัสเซียประเมินสถานการณ์ในคราวเดียว อนาโตลี เปอร์มินอฟ.

ดังนั้นย้อนกลับไปในปี 2010 ประธานาธิบดีรัสเซียในขณะนั้นและปัจจุบันเป็นนายกรัฐมนตรี มิทรี เมดเวเดฟภายในสิ้นทศวรรษนี้ มีคำสั่งให้สร้างโมดูลการขนส่งอวกาศและพลังงานในประเทศของเราโดยใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ มีการวางแผนที่จะจัดสรร 17 พันล้านรูเบิลจากงบประมาณของรัฐบาลกลาง Roscosmos และ Rosatom สำหรับการพัฒนาโครงการนี้จนถึงปี 2561 7.2 พันล้านของจำนวนนี้ถูกจัดสรรให้กับ บริษัท ของรัฐ Rosatom เพื่อสร้างโรงงานเครื่องปฏิกรณ์ (ซึ่งดำเนินการโดยสถาบันวิจัยและออกแบบวิศวกรรมพลังงาน Dollezhal) 4 พันล้าน - ไปยังศูนย์ Keldysh เพื่อสร้างพลังงานนิวเคลียร์ โรงงานขับเคลื่อน RSC Energia จัดสรรเงิน 5.8 พันล้านรูเบิลเพื่อสร้างโมดูลการขนส่งและพลังงานนั่นคือเรือจรวด

โดยธรรมชาติแล้วงานทั้งหมดนี้ไม่ได้ทำในสุญญากาศตั้งแต่ปี 1970 ถึง 1988 เฉพาะสหภาพโซเวียตเท่านั้นที่ปล่อยดาวเทียมสอดแนมมากกว่าสามโหลขึ้นสู่อวกาศ พร้อมกับติดตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พลังงานต่ำ เช่น บุค และโทปาซ พวกเขาถูกใช้เพื่อสร้างระบบทุกสภาพอากาศสำหรับการติดตามเป้าหมายบนพื้นผิวทั่วมหาสมุทรโลก และออกการกำหนดเป้าหมายพร้อมการส่งผ่านไปยังผู้ให้บริการอาวุธหรือสถานีบัญชาการ - ระบบลาดตระเวนและกำหนดเป้าหมายพื้นที่กองทัพเรือ Legend (1978)

NASA และบริษัทอเมริกันที่ผลิตยานอวกาศและยานพาหนะขนส่งของพวกเขาไม่สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่จะทำงานได้อย่างเสถียรในอวกาศในช่วงเวลานี้ แม้ว่าพวกเขาจะพยายามสามครั้งก็ตาม ดังนั้นในปี 1988 องค์การสหประชาชาติจึงสั่งห้ามการใช้ยานอวกาศที่มีระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์และการผลิตดาวเทียมประเภท US-A ที่มีการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์บนเรือในสหภาพโซเวียตก็ถูกยกเลิก

ในแบบคู่ขนานในช่วงทศวรรษที่ 60-70 ของศตวรรษที่ผ่านมา Keldysh Center ดำเนินงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์ไอออน (เครื่องยนต์ไฟฟ้าพลาสมา) ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างระบบขับเคลื่อนกำลังสูงที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ผลิตความร้อนซึ่งถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า ซีนอนก๊าซเฉื่อยในเครื่องยนต์ดังกล่าวจะถูกแตกตัวเป็นไอออนก่อน จากนั้นอนุภาคที่มีประจุบวก (ไอออนซีนอนบวก) จะถูกเร่งในสนามไฟฟ้าสถิตตามความเร็วที่กำหนด และสร้างแรงขับเมื่อออกจากเครื่องยนต์ นี่คือหลักการทำงานของเครื่องยนต์ไอออน ซึ่งเป็นต้นแบบที่ได้ถูกสร้างขึ้นที่ Keldysh Center แล้ว

« ในช่วงทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ 20 พวกเราที่ Keldysh Center กลับมาทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอออนอีกครั้ง ตอนนี้ต้องสร้างความร่วมมือใหม่สำหรับโครงการที่ทรงพลังเช่นนี้ มีต้นแบบของเครื่องยนต์ไอออนซึ่งสามารถทดสอบโซลูชันทางเทคโนโลยีและการออกแบบขั้นพื้นฐานได้อยู่แล้ว แต่ยังคงต้องสร้างผลิตภัณฑ์มาตรฐาน เรามีกำหนดเวลา - ภายในปี 2561 ผลิตภัณฑ์ควรจะพร้อมสำหรับการทดสอบการบิน และภายในปี 2558 การทดสอบเครื่องยนต์หลักควรจะเสร็จสิ้น ถัดไป - การทดสอบชีวิตและการทดสอบของทั้งหน่วยโดยรวม“ เมื่อปีที่แล้วหัวหน้าแผนกอิเล็กโทรฟิสิกส์ของศูนย์วิจัยซึ่งตั้งชื่อตาม M.V. Keldysh ศาสตราจารย์ คณะวิจัยอากาศฟิสิกส์และอวกาศ MIPT โอเล็ก กอร์ชคอฟ.

ประโยชน์เชิงปฏิบัติสำหรับรัสเซียจากการพัฒนาเหล่านี้คืออะไร?ผลประโยชน์นี้เกินกว่า 17 พันล้านรูเบิลที่รัฐตั้งใจที่จะใช้ภายในปี 2561 เพื่อสร้างยานปล่อยที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือที่มีกำลังการผลิต 1 เมกะวัตต์ ประการแรก นี่เป็นการขยายขีดความสามารถของประเทศและมนุษยชาติโดยรวมอย่างมาก ยานอวกาศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์มอบโอกาสที่แท้จริงให้กับผู้คนในการทำสิ่งต่าง ๆ บนดาวเคราะห์ดวงอื่นให้สำเร็จ ปัจจุบันหลายประเทศมีเรือประเภทนี้ พวกเขากลับมาดำเนินการอีกครั้งในสหรัฐอเมริกาในปี 2546 หลังจากที่ชาวอเมริกันได้รับตัวอย่างดาวเทียมรัสเซียสองตัวอย่างที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

อย่างไรก็ตามถึงแม้จะเป็นเช่นนี้ สมาชิกของคณะกรรมาธิการพิเศษของ NASA ในเที่ยวบินที่มีคนขับ เอ็ดเวิร์ด โครว์ลีย์ตัวอย่างเช่น เขาเชื่อว่าเรือสำหรับการบินระหว่างประเทศไปยังดาวอังคารควรมีเครื่องยนต์นิวเคลียร์ของรัสเซีย - ประสบการณ์ของรัสเซียในการพัฒนาเครื่องยนต์นิวเคลียร์เป็นที่ต้องการ ฉันคิดว่ารัสเซียมีประสบการณ์มากมายทั้งในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดและเทคโนโลยีนิวเคลียร์ เธอยังมีประสบการณ์มากมายในการปรับตัวของมนุษย์ให้เข้ากับสภาพอวกาศ เนื่องจากนักบินอวกาศชาวรัสเซียทำการบินระยะไกลมาก “” โครว์ลีย์กล่าวกับผู้สื่อข่าวเมื่อฤดูใบไม้ผลิที่แล้วหลังจากการบรรยายที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกเกี่ยวกับแผนการของอเมริกาสำหรับการสำรวจอวกาศโดยมนุษย์

ประการที่สองเรือดังกล่าวทำให้สามารถกระชับกิจกรรมในพื้นที่ใกล้โลกได้อย่างรวดเร็วและให้โอกาสที่แท้จริงในการเริ่มต้นการล่าอาณานิคมของดวงจันทร์ (มีโครงการสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนดาวเทียมของโลกอยู่แล้ว) - การใช้ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์กำลังได้รับการพิจารณาสำหรับระบบที่มีคนขับขนาดใหญ่ มากกว่าสำหรับยานอวกาศขนาดเล็ก ซึ่งสามารถบินบนการติดตั้งประเภทอื่นโดยใช้เครื่องยนต์ไอออนหรือพลังงานลมสุริยะ ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์พร้อมเครื่องยนต์ไอออนสามารถใช้กับเรือลากจูงที่นำกลับมาใช้ใหม่ระหว่างวงโคจรได้ ตัวอย่างเช่น การขนส่งสินค้าระหว่างวงโคจรต่ำและสูง และบินไปยังดาวเคราะห์น้อย คุณสามารถสร้างการลากจูงทางจันทรคติแบบใช้ซ้ำได้หรือส่งการสำรวจไปยังดาวอังคาร“ ศาสตราจารย์ Oleg Gorshkov กล่าว เรือประเภทนี้กำลังเปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์ของการสำรวจอวกาศไปอย่างมาก จากการคำนวณของผู้เชี่ยวชาญ RSC Energia ยานส่งพลังงานนิวเคลียร์ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกขึ้นสู่วงโคจรดวงจันทร์ได้มากกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์จรวดเหลว

ที่สามซึ่งเป็นวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่จะถูกสร้างขึ้นในระหว่างการดำเนินโครงการนี้ จากนั้นจึงนำเข้าสู่อุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น โลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล เป็นต้น นั่นคือนี่เป็นหนึ่งในโครงการที่ก้าวหน้าที่สามารถผลักดันทั้งเศรษฐกิจรัสเซียและเศรษฐกิจโลกไปข้างหน้าได้อย่างแท้จริง

ความคิดในการขว้างระเบิดปรมาณูด้านหลังท้ายเรือกลายเป็นเรื่องโหดร้ายเกินไป แต่ปริมาณพลังงานที่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันสร้างขึ้นไม่ต้องพูดถึงฟิวชันนั้นน่าดึงดูดอย่างยิ่งสำหรับนักบินอวกาศ ดังนั้นระบบไร้พัลส์จำนวนมากจึงถูกสร้างขึ้นโดยปราศจากปัญหาในการจัดเก็บระเบิดนิวเคลียร์หลายร้อยลูกไว้บนเรือและโช้คอัพไซโคลเปียน เราจะพูดถึงพวกเขาวันนี้

ฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ปลายนิ้วของคุณ

ปฏิกิริยานิวเคลียร์คืออะไร? อธิบายให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือ รูปภาพจะเป็นประมาณนี้ จากหลักสูตรของโรงเรียนเราจำได้ว่าสสารประกอบด้วยโมเลกุล โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม และอะตอมประกอบด้วยโปรตอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน (มีระดับต่ำกว่าแต่ก็เพียงพอสำหรับเรา) อะตอมหนักบางอะตอมมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ - หากพวกมันถูกนิวตรอนชน พวกมันจะสลายตัวเป็นอะตอมที่เบากว่าและปล่อยนิวตรอนออกมาหลายตัว หากนิวตรอนที่ปล่อยออกมาเหล่านี้กระทบอะตอมหนักอื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียง การสลายตัวจะเกิดขึ้นซ้ำ และเราจะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ การเคลื่อนที่ของนิวตรอนด้วยความเร็วสูงหมายความว่าการเคลื่อนไหวนี้จะกลายเป็นความร้อนเมื่อนิวตรอนช้าลง ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จึงเป็นเครื่องทำความร้อนที่ทรงพลังมาก พวกเขาสามารถต้มน้ำ ส่งไอน้ำที่เกิดขึ้นไปยังกังหัน และสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ หรือคุณสามารถให้ความร้อนไฮโดรเจนแล้วโยนมันออกไปข้างนอกเพื่อสร้างเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ จากแนวคิดนี้เครื่องยนต์แรกจึงถือกำเนิดขึ้น - NERVA และ RD-0410

เนอร์วา

ประวัติโครงการ

ผู้ประพันธ์อย่างเป็นทางการ (สิทธิบัตร) สำหรับการประดิษฐ์เครื่องยนต์จรวดปรมาณูเป็นของ Richard Feynman ตามบันทึกความทรงจำของเขา “You're Surely Joking, Mr. Feynman” หนังสือเล่มนี้ขอแนะนำให้อ่านเป็นอย่างยิ่ง ห้องปฏิบัติการ Los Alamos เริ่มพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ในปี 1952 ในปี 1955 โครงการ Rover ได้เริ่มต้นขึ้น ในขั้นตอนแรกของโครงการ KIWI มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดลอง 8 เครื่อง และตั้งแต่ปี 1959 ถึง 1964 ได้มีการศึกษาการไล่ของไหลทำงานผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ สำหรับการอ้างอิงเวลา โครงการ Orion มีอยู่ตั้งแต่ปี 1958 ถึง 1965 รถแลนด์โรเวอร์มีระยะที่ 2 และ 3 ในการสำรวจเครื่องปฏิกรณ์ที่มีกำลังสูงกว่า แต่ NERVA ใช้ KIWI เป็นหลัก เนื่องจากมีแผนสำหรับการทดสอบปล่อยอวกาศครั้งแรกในปี 1964 ซึ่งไม่มีเวลาที่จะพัฒนาตัวเลือกขั้นสูงเพิ่มเติม กำหนดเวลาค่อยๆ เคลื่อนไปข้างหน้า และการเปิดตัวเครื่องยนต์ NERVA NRX/EST (EST - การทดสอบระบบเครื่องยนต์) ภาคพื้นดินครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1966 เครื่องยนต์ทำงานได้สำเร็จเป็นเวลาสองชั่วโมง โดยที่ 28 นาทีมีแรงขับเต็มที่ เครื่องยนต์ NERVA XE ตัวที่สองสตาร์ท 28 ครั้งและวิ่งรวมทั้งสิ้น 115 นาที เครื่องยนต์ถือว่าเหมาะสำหรับการใช้งานในอวกาศ และแท่นทดสอบก็พร้อมที่จะทดสอบเครื่องยนต์ที่ประกอบใหม่ ดูเหมือนว่า NERVA จะมีอนาคตที่สดใสรออยู่ข้างหน้า นั่นคือการบินไปยังดาวอังคารในปี 1978 ฐานถาวรบนดวงจันทร์ในปี 1981 การลากจูงในวงโคจร แต่ความสำเร็จของโครงการทำให้เกิดความตื่นตระหนกในสภาคองเกรส - โปรแกรมทางจันทรคติมีราคาแพงมากสำหรับสหรัฐอเมริกา ส่วนโปรแกรม Mars จะมีราคาแพงกว่าด้วยซ้ำ ในปี 1969 และ 1970 เงินทุนด้านอวกาศลดลงอย่างมาก - Apollos 18, 19 และ 20 ถูกยกเลิก และไม่มีใครจัดสรรเงินจำนวนมหาศาลให้กับโครงการ Mars เป็นผลให้งานในโครงการนี้ดำเนินไปโดยไม่มีเงินทุนจำนวนมากและปิดตัวลงในปี พ.ศ. 2515

ออกแบบ

ไฮโดรเจนจากถังเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ถูกทำให้ร้อนที่นั่น และถูกโยนออกไป ทำให้เกิดแรงขับไอพ่น ไฮโดรเจนถูกเลือกให้เป็นของเหลวทำงานเนื่องจากมีอะตอมเบาและเร่งความเร็วด้วยความเร็วสูงได้ง่ายกว่า ยิ่งความเร็วไอเสียของไอพ่นสูงขึ้น เครื่องยนต์จรวดก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น
ตัวสะท้อนนิวตรอนถูกนำมาใช้เพื่อให้แน่ใจว่านิวตรอนจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์เพื่อรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์
แท่งควบคุมถูกใช้เพื่อควบคุมเครื่องปฏิกรณ์ แท่งแต่ละอันประกอบด้วยสองส่วน - ตัวสะท้อนแสงและตัวดูดซับนิวตรอน เมื่อแท่งถูกหมุนโดยตัวสะท้อนนิวตรอน การไหลของพวกมันในเครื่องปฏิกรณ์จะเพิ่มขึ้น และเครื่องปฏิกรณ์จะเพิ่มการถ่ายเทความร้อน เมื่อแกนถูกหมุนโดยตัวดูดซับนิวตรอน การไหลของพวกมันในเครื่องปฏิกรณ์ลดลง และเครื่องปฏิกรณ์ลดการถ่ายเทความร้อน
นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังใช้เพื่อทำให้หัวฉีดเย็นลง และไฮโดรเจนที่อุ่นจากระบบทำความเย็นของหัวฉีดก็หมุนเทอร์โบปั๊มเพื่อจ่ายไฮโดรเจนให้มากขึ้น

เครื่องยนต์กำลังทำงาน ไฮโดรเจนถูกจุดติดเป็นพิเศษที่ทางออกของหัวฉีดเพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายจากการระเบิด จะไม่มีการเผาไหม้ในอวกาศ

เครื่องยนต์ NERVA ให้แรงขับ 34 ตัน ซึ่งน้อยกว่าเครื่องยนต์ J-2 ที่ใช้ขับเคลื่อนจรวดแซทเทิร์น 5 ระยะที่ 2 และ 3 ประมาณหนึ่งเท่าครึ่ง แรงกระตุ้นจำเพาะอยู่ที่ 800-900 วินาที ซึ่งสูงเป็นสองเท่าของเครื่องยนต์ที่ดีที่สุดที่ใช้คู่เชื้อเพลิงออกซิเจน-ไฮโดรเจน แต่น้อยกว่าระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ Orion

เล็กน้อยเกี่ยวกับความปลอดภัย

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เพิ่งประกอบและยังไม่ได้สตาร์ทพร้อมชุดเชื้อเพลิงใหม่ที่ยังไม่ได้ใช้งานถือว่าค่อนข้างสะอาด ยูเรเนียมเป็นพิษ ดังนั้นคุณต้องสวมถุงมือ แต่ไม่มีอะไรเพิ่มเติม ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือควบคุมระยะไกล กำแพงตะกั่ว หรือสิ่งอื่นใด สิ่งสกปรกที่แผ่กระจายทั้งหมดจะปรากฏขึ้นหลังจากที่เครื่องปฏิกรณ์เริ่มทำงานเนื่องจากการกระเจิงของนิวตรอน อะตอมของถัง สารหล่อเย็น “ทำให้เสีย” ดังนั้นในกรณีที่จรวดเกิดอุบัติเหตุด้วยเครื่องยนต์ดังกล่าว การปนเปื้อนของรังสีในชั้นบรรยากาศและพื้นผิวจะมีเพียงเล็กน้อย และแน่นอนว่าจะน้อยกว่าการปล่อย Orion ปกติมาก ในกรณีที่ปล่อยจรวดได้สำเร็จ การปนเปื้อนจะลดลงหรือหายไปเลย เนื่องจากเครื่องยนต์จะต้องเปิดตัวในชั้นบรรยากาศชั้นบนหรืออยู่ในอวกาศแล้ว

กข-0410

เครื่องยนต์โซเวียต RD-0410 มีประวัติคล้ายกัน แนวคิดเรื่องเครื่องยนต์ถือกำเนิดขึ้นในช่วงปลายทศวรรษที่ 40 ในกลุ่มผู้บุกเบิกเทคโนโลยีจรวดและนิวเคลียร์ เช่นเดียวกับโครงการโรเวอร์ แนวคิดดั้งเดิมคือเครื่องยนต์หายใจที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์สำหรับระยะแรกของขีปนาวุธ จากนั้นการพัฒนาก็ย้ายเข้าสู่อุตสาหกรรมอวกาศ RD-0410 ได้รับการพัฒนาช้าลงนักพัฒนาในประเทศถูกพาตัวไปโดยแนวคิดของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบแก๊ส (เพิ่มเติมด้านล่างนี้) โครงการนี้เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2509 และดำเนินต่อไปจนถึงกลางทศวรรษที่ 80 เป้าหมายของเครื่องยนต์คือภารกิจ Mars 94 ซึ่งเป็นเที่ยวบินบรรจุมนุษย์ไปยังดาวอังคารในปี 1994
การออกแบบ RD-0410 คล้ายกับ NERVA - ไฮโดรเจนไหลผ่านหัวฉีดและตัวสะท้อนแสง ทำให้เย็นลง ถูกส่งไปยังแกนเครื่องปฏิกรณ์ ได้รับความร้อนที่นั่นแล้วปล่อยออกมา
ตามลักษณะของมัน RD-0410 ดีกว่า NERVA - อุณหภูมิของแกนเครื่องปฏิกรณ์คือ 3000 K แทนที่จะเป็น 2,000 K สำหรับ NERVA และแรงกระตุ้นจำเพาะเกิน 900 วินาที RD-0410 เบากว่าและกะทัดรัดกว่า NERVA และมีแรงขับน้อยกว่าสิบเท่า

การทดสอบเครื่องยนต์ คบเพลิงด้านข้างด้านซ้ายล่างจะจุดชนวนไฮโดรเจนเพื่อป้องกันการระเบิด

การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เฟสโซลิด

เราจำได้ว่ายิ่งอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์สูงขึ้น อัตราการไหลของของไหลทำงานก็จะยิ่งมากขึ้น และแรงกระตุ้นจำเพาะของเครื่องยนต์ก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย อะไรขัดขวางไม่ให้คุณเพิ่มอุณหภูมิใน NERVA หรือ RD-0410 ความจริงก็คือในเครื่องยนต์ทั้งสององค์ประกอบเชื้อเพลิงอยู่ในสถานะของแข็ง หากเพิ่มอุณหภูมิ พวกมันจะละลายและลอยออกไปพร้อมกับไฮโดรเจน ดังนั้นสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้นจึงจำเป็นต้องหาวิธีอื่นในการทำปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์

เครื่องยนต์เกลือเชื้อเพลิงนิวเคลียร์

ในฟิสิกส์นิวเคลียร์มีสิ่งที่เรียกว่ามวลวิกฤต จำปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ในตอนต้นของโพสต์ หากอะตอมฟิสไซล์อยู่ใกล้กันมาก (เช่นถูกบีบอัดด้วยแรงกดดันจากการระเบิดพิเศษ) จะส่งผลให้เกิดการระเบิดของอะตอม - เกิดความร้อนจำนวนมากในเวลาอันสั้น หากอะตอมไม่ได้รับการบีบอัดแน่นนัก แต่การไหลของนิวตรอนใหม่จากฟิชชันเพิ่มขึ้น จะส่งผลให้เกิดการระเบิดเนื่องจากความร้อน เครื่องปฏิกรณ์แบบธรรมดาจะล้มเหลวภายใต้สภาวะดังกล่าว ทีนี้ลองจินตนาการว่าเรานำสารละลายที่เป็นน้ำของวัสดุฟิสไซล์ (เช่น เกลือยูเรเนียม) มาป้อนเข้าห้องเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง โดยให้มีมวลมากกว่ามวลวิกฤต ผลลัพธ์ที่ได้คือ "เทียน" นิวเคลียร์ที่เผาไหม้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นความร้อนที่เร่งปฏิกิริยาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และน้ำ

แนวคิดนี้เสนอในปี 1991 โดย Robert Zubrin และตามการประมาณการต่างๆ สัญญาว่าจะมีแรงกระตุ้นเฉพาะที่ 1300 ถึง 6700 วินาที โดยมีแรงผลักดันวัดเป็นตัน น่าเสียดายที่โครงการดังกล่าวก็มีข้อเสียเช่นกัน:

• ความซับซ้อนของการจัดเก็บเชื้อเพลิง - ต้องหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาลูกโซ่ในถังโดยการใส่น้ำมันเชื้อเพลิง เช่น ท่อบางๆ จากตัวดูดซับนิวตรอน ดังนั้นถังจะมีความซับซ้อน หนัก และมีราคาแพง


• ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่สูงนั้นเกิดจากการที่ประสิทธิภาพของปฏิกิริยา (จำนวนการสลายตัว/จำนวนอะตอมที่ใช้ไป) จะต่ำมาก แม้แต่ในระเบิดปรมาณู วัสดุฟิสไซล์ก็ไม่ได้ "เผาไหม้" อย่างสมบูรณ์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์อันมีค่าส่วนใหญ่จะสูญเปล่าในทันที


• การทดสอบภาคพื้นดินเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ - ไอเสียของเครื่องยนต์ดังกล่าวจะสกปรกมากและสกปรกกว่า Orion ด้วยซ้ำ


• มีคำถามบางประการเกี่ยวกับการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์ - ไม่ใช่ความจริงที่ว่าโครงการที่อธิบายด้วยวาจาเรียบง่ายจะนำไปปฏิบัติในทางเทคนิคได้ง่าย

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบใช้แก๊ส

แนวคิดถัดไป: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราสร้างกระแสน้ำวนของไหลที่ใช้งานได้ ซึ่งเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้นตรงกลาง? ในกรณีนี้ อุณหภูมิที่สูงของแกนจะไม่ไปถึงผนัง โดยถูกดูดซับโดยสารทำงาน และสามารถเพิ่มได้หลายหมื่นองศา นี่คือที่มาของแนวคิดของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบก๊าซรอบเปิด:

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงให้แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุด 3,000-5,000 วินาที ในสหภาพโซเวียตโครงการเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซ (RD-600) ได้เริ่มต้นขึ้น แต่ก็ไปไม่ถึงขั้นตอนจำลองด้วยซ้ำ
"วงจรเปิด" หมายความว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกปล่อยออกไปข้างนอก ซึ่งแน่นอนว่าจะลดประสิทธิภาพลง ดังนั้นจึงมีการคิดค้นแนวคิดต่อไปนี้โดยกลับไปสู่ ​​NRE เฟสของแข็งแบบวิภาษวิธี - มาล้อมรอบบริเวณปฏิกิริยานิวเคลียร์ด้วยสารทนความร้อนเพียงพอซึ่งจะส่งความร้อนที่แผ่ออกมา มีการเสนอควอตซ์ให้เป็นสารดังกล่าว เนื่องจากที่อุณหภูมิหลายหมื่นองศา ความร้อนจะถูกถ่ายโอนโดยการแผ่รังสี และวัสดุภาชนะจะต้องโปร่งใส ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์รอบปิดที่ใช้ก๊าซหรือ "หลอดไฟนิวเคลียร์":

ในกรณีนี้ ขีดจำกัดของอุณหภูมิแกนกลางคือความแข็งแรงทางความร้อนของเปลือก "หลอดไฟ" จุดหลอมเหลวของควอตซ์อยู่ที่ 1,700 องศาเซลเซียส ด้วยการทำความเย็นแบบแอคทีฟ อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น แต่ในกรณีใด แรงกระตุ้นเฉพาะจะต่ำกว่าวงจรเปิด (1300-1500 วินาที) แต่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกใช้อย่างประหยัดมากขึ้น และไอเสียก็จะสะอาดขึ้น

โครงการทางเลือก

นอกเหนือจากการพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสแล้ว ยังมีโครงการดั้งเดิมอีกด้วย

เครื่องยนต์ฟิสไซล์

แนวคิดของเครื่องยนต์นี้คือไม่มีของไหลทำงาน - เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วที่ถูกปล่อยออกมา ในกรณีแรก ดิสก์ที่ต่ำกว่าวิกฤตจะทำจากวัสดุฟิสไซล์ ซึ่งไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ในตัวเอง แต่ถ้าจานวางอยู่ในโซนเครื่องปฏิกรณ์ที่มีตัวสะท้อนนิวตรอน ปฏิกิริยาลูกโซ่ก็จะเริ่มขึ้น และการหมุนของดิสก์และการไม่มีของไหลทำงานจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าอะตอมพลังงานสูงที่สลายตัวจะลอยเข้าไปในหัวฉีดทำให้เกิดแรงขับและอะตอมที่ไม่สลายตัวจะยังคงอยู่ในดิสก์และจะได้รับโอกาสที่ การปฏิวัติครั้งต่อไปของดิสก์:

แนวคิดที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นคือการสร้างพลาสมาที่เต็มไปด้วยฝุ่น (จำได้ใน ISS) จากวัสดุฟิสไซล์ ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของอนุภาคนาโนของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะถูกแตกตัวเป็นไอออนด้วยสนามไฟฟ้าและถูกโยนออกไปทำให้เกิดแรงผลักดัน:

พวกเขาสัญญาว่าจะมีแรงกระตุ้นเฉพาะอันน่าอัศจรรย์ถึง 1,000,000 วินาที ความกระตือรือร้นลดลงเนื่องจากการพัฒนาอยู่ในระดับเดียวกับการวิจัยเชิงทฤษฎี

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ฟิวชัน

ในอนาคตอันไกลโพ้น การสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ฟิวชัน ต่างจากปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ซึ่งเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูถูกสร้างขึ้นเกือบจะพร้อมกันกับระเบิด เครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสยังไม่ได้ย้ายจาก "พรุ่งนี้" เป็น "วันนี้" และปฏิกิริยาฟิวชันสามารถใช้ได้เฉพาะในรูปแบบ "Orion" เท่านั้น - การขว้างระเบิดแสนสาหัส

จรวดโฟตอนนิวเคลียร์

ตามทฤษฎี มันเป็นไปได้ที่จะให้ความร้อนแก่แกนกลางถึงระดับที่สามารถสร้างแรงขับได้โดยการสะท้อนโฟตอน แม้ว่าจะไม่มีข้อจำกัดทางเทคนิค แต่เครื่องยนต์ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบันก็ไม่ได้ผลกำไร - แรงขับจะต่ำเกินไป

จรวดไอโซโทปรังสี

จรวดที่ให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานจาก RTG จะทำงานได้อย่างสมบูรณ์ แต่ RTG จะสร้างความร้อนค่อนข้างน้อย ดังนั้นเครื่องยนต์ดังกล่าวจะไม่มีประสิทธิภาพมากนัก แม้จะเรียบง่ายมากก็ตาม

บทสรุป

ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบัน เป็นไปได้ที่จะประกอบเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์โซลิดสเตตในรูปแบบของ NERVA หรือ RD-0410 - เทคโนโลยีนี้ได้รับการเรียนรู้อย่างเชี่ยวชาญแล้ว แต่เครื่องยนต์ดังกล่าวจะสูญเสียการรวมกันของ "เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ + แรงขับไฟฟ้า" ในแง่ของแรงกระตุ้นจำเพาะ ในขณะที่ชนะในแง่ของแรงขับ แต่ตัวเลือกขั้นสูงเพิ่มเติมยังคงอยู่บนกระดาษเท่านั้น ดังนั้นโดยส่วนตัวแล้วฉันคิดว่าการรวมกันของ "เครื่องปฏิกรณ์ + แรงขับไฟฟ้า" มีแนวโน้มที่ดีกว่า

แหล่งข้อมูล

แหล่งข้อมูลหลักคือวิกิพีเดียภาษาอังกฤษและแหล่งข้อมูลที่แสดงเป็นลิงก์ มีบทความที่น่าสนใจเกี่ยวกับ NRE เกี่ยวกับประเพณี - ​​NRE เฟสของแข็งและ NRE เฟสแก๊ส บทความเกี่ยวกับเครื่องยนต์

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

ที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์: รองผู้อำนวยการความร่วมมือไม่แสวงหาผลกำไรสำหรับกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์และนวัตกรรม "Tomsk Atomic Center"

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

การแนะนำ

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

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

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

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

1.แนวคิดพื้นฐาน

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

การจำแนกประเภทของระบบขับเคลื่อน

2. วัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์จรวด

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

ขีปนาวุธทางทหาร (ต่อสู้) มักจะมีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวถูกเติมเชื้อเพลิงที่โรงงานและไม่ต้องการการบำรุงรักษาตลอดระยะเวลาการจัดเก็บและอายุการใช้งานของจรวด เครื่องยนต์จรวดแข็งมักใช้เป็นตัวกระตุ้นสำหรับจรวดอวกาศ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะในด้านนี้ในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น และจีน

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

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

ปัจจุบัน ยานอวกาศ สถานีโคจร และดาวเทียมโลกไร้คนขับถูกปล่อยสู่อวกาศด้วยจรวดที่ติดตั้งเครื่องยนต์เทอร์โมเคมีอันทรงพลัง นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีแรงขับต่ำอีกด้วย นี่เป็นสำเนาเครื่องยนต์ทรงพลังขนาดเล็ก บางส่วนสามารถวางบนฝ่ามือของคุณได้ แรงขับของเครื่องยนต์ดังกล่าวมีขนาดเล็กมาก แต่ก็เพียงพอที่จะควบคุมตำแหน่งของเรือในอวกาศได้

3.เครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมี

เป็นที่ทราบกันดีว่าในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ซึ่งเป็นเตาเผาของหม้อต้มไอน้ำ ไม่ว่าจะเกิดการเผาไหม้ที่ไหน ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศจะมีส่วนร่วมมากที่สุด ไม่มีอากาศในอวกาศ และสำหรับเครื่องยนต์จรวดที่จะทำงานในอวกาศ จำเป็นต้องมีองค์ประกอบสองส่วน ได้แก่ เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์

เครื่องยนต์จรวดเคมีเทอร์โมเคมีเหลวใช้แอลกอฮอล์ น้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน อะนิลีน ไฮดราซีน ไดเมทิลไฮดราซีน และไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง ออกซิเจนเหลว ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และกรดไนตริกถูกใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ บางทีฟลูออรีนเหลวในอนาคตอาจถูกนำมาใช้เป็นสารออกซิไดซ์เมื่อมีการคิดค้นวิธีการจัดเก็บและใช้สารเคมีออกฤทธิ์ดังกล่าว

เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์สำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นเหลวจะถูกจัดเก็บแยกต่างหากในถังพิเศษและจ่ายให้กับห้องเผาไหม้โดยใช้ปั๊ม เมื่อรวมเข้าด้วยกันในห้องเผาไหม้ อุณหภูมิจะสูงถึง 3000 – 4500 °C

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

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

วงจรเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ใช้กันทั่วไปทำงานดังนี้ ก๊าซอัดจะสร้างแรงดันที่จำเป็นในถังด้วยเชื้อเพลิงแช่แข็งเพื่อป้องกันการเกิดฟองก๊าซในท่อ ปั๊มจ่ายเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์จรวด เชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ผ่านหัวฉีดจำนวนมาก ตัวออกซิไดเซอร์จะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ผ่านหัวฉีดด้วย

ในรถยนต์ทุกคัน เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ จะเกิดกระแสความร้อนขนาดใหญ่ที่ทำให้ผนังเครื่องยนต์ร้อนขึ้น หากคุณไม่ทำให้ผนังห้องเย็นลงมันจะไหม้อย่างรวดเร็วไม่ว่าจะทำจากวัสดุใดก็ตาม โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์ไอพ่นเหลวจะถูกระบายความร้อนด้วยส่วนประกอบเชื้อเพลิงอย่างใดอย่างหนึ่ง เพื่อจุดประสงค์นี้ห้องนี้จึงประกอบด้วยผนังสองด้าน ส่วนประกอบเย็นของเชื้อเพลิงจะไหลอยู่ในช่องว่างระหว่างผนัง

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

4. เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า

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

5.เครื่องยนต์ประเภทอื่นๆ

นอกจากนี้ยังมีการออกแบบที่แปลกใหม่สำหรับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ ซึ่งวัสดุฟิสไซล์อยู่ในสถานะของเหลว ก๊าซ หรือแม้แต่พลาสมา แต่การนำการออกแบบดังกล่าวไปใช้ในระดับเทคโนโลยีและเทคโนโลยีในปัจจุบันนั้นไม่สมจริง โครงการเครื่องยนต์จรวดต่อไปนี้ยังอยู่ในขั้นตอนทางทฤษฎีหรือห้องปฏิบัติการ:

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์แบบพัลส์ใช้พลังงานจากการระเบิดของประจุนิวเคลียร์ขนาดเล็ก

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

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

6.เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

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

7. เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ หลักการทำงาน วิธีการรับแรงกระตุ้นในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์

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

1. พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ของไหลทำงาน ซึ่งจะขยายตัวในหัวฉีด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดทั่วไป

2. พลังงานนิวเคลียร์จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า จากนั้นนำไปใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนและเร่งอนุภาคของของไหลทำงาน

3. 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 ความเครียดจากความร้อน และการสั่นสะเทือน การเพิ่มขนาดของโซนแอคทีฟเมื่อเครื่องปฏิกรณ์ร้อนขึ้นถึงหลายเซนติเมตร โซนที่ทำงานและตัวสะท้อนแสงจะถูกวางไว้ภายในตัวเรือนพลังงานที่ทนทาน ซึ่งจะดูดซับแรงดันของของไหลทำงานและแรงผลักดันที่เกิดจากหัวฉีดเจ็ท ตัวเรือนปิดด้วยฝาปิดที่ทนทาน ประกอบด้วยกลไกนิวแมติก สปริง หรือไฟฟ้าสำหรับการขับเคลื่อนหน่วยงานกำกับดูแล จุดเชื่อมต่อสำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์กับยานอวกาศ และหน้าแปลนสำหรับเชื่อมต่อเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์เข้ากับท่อจ่ายของของไหลทำงาน นอกจากนี้ยังสามารถวางหน่วยเทอร์โบปั๊มไว้บนฝาครอบได้ด้วย

8 - หัวฉีด

9 - หัวฉีดขยาย หัวฉีด

10 - การเลือกสารทำงานสำหรับกังหัน

11 - พาวเวอร์คอร์ป

12 - ดรัมควบคุม

13 - ไอเสียกังหัน (ใช้เพื่อควบคุมทัศนคติและเพิ่มแรงขับ)

14 - วงแหวนขับเคลื่อนสำหรับดรัมควบคุม)

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

เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เฟสของแข็งของอเมริกา เอ็กซ์อี ไพรม์บนม้านั่งทดสอบ (1968)

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

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

10.2 ทำงานกับ TURE ในรัสเซีย

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

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

TNRD RD-0410 ของโซเวียตเป็นเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์อุตสาหกรรมที่ใช้งานได้และเชื่อถือได้เพียงเครื่องเดียวในโลก

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

ลักษณะสำคัญ

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

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

· แรงขับที่ทำได้: มากถึงหลายร้อยหลายพันตัน

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

· อายุการใช้งาน: สูงสุดหลายพันชั่วโมง (เปิดใช้งานเป็นระยะ) /5/

11.อุปกรณ์

การออกแบบเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เฟสแข็งของโซเวียต RD-0410

1 - สายจากถังของเหลวทำงาน

2 - หน่วยเทอร์โบปั๊ม

3 - ควบคุมดรัมไดรฟ์

4 - การป้องกันรังสี

5 - กลองควบคุม

6 - ตัวหน่วง

7 - การประกอบเชื้อเพลิง

8 - ถังปฏิกรณ์

9 - ก้นไฟ

10 - สายระบายความร้อนหัวฉีด

11- ห้องหัวฉีด

12 - หัวฉีด

12.หลักการทำงาน

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

เครื่องปฏิกรณ์เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

MsoNormalTable">

ของเหลวทำงาน

ความหนาแน่น ก./ซม.3

แรงขับเฉพาะ (ที่อุณหภูมิที่ระบุในห้องทำความร้อน °K) วินาที

0.071 (ของเหลว)

0.682 (ของเหลว)

1,000 (ของเหลว)

เลขที่ แดน

เลขที่ แดน

เลขที่ แดน

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

15.ผลประโยชน์

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

16.ข้อเสีย

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

17.การปรับปรุงคุณลักษณะของ TURD เครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปแบบไฮบริด

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

18. อันตรายจากรังสีจากเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์

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

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

ระดับของการปนเปื้อนของศูนย์ปล่อยจรวดและสิ่งแวดล้อมจะไม่เป็นอุปสรรคต่อการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในระดับล่างของจรวดอวกาศ ปัญหาอันตรายจากรังสีต่อสิ่งแวดล้อมและบุคลากรปฏิบัติการส่วนใหญ่ได้รับการบรรเทาลงจากข้อเท็จจริงที่ว่าไฮโดรเจนซึ่งใช้เป็นสารทำงาน ไม่ได้ถูกกระตุ้นเมื่อผ่านเครื่องปฏิกรณ์ ดังนั้นกระแสไอพ่นของเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงไม่อันตรายไปกว่าไอพ่นของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว/4/

บทสรุป

เมื่อพิจารณาถึงโอกาสในการพัฒนาและการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในอวกาศ เราควรพิจารณาจากคุณลักษณะที่บรรลุผลและคาดหวังของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ประเภทต่างๆ จากสิ่งที่การประยุกต์ใช้สามารถมอบให้กับอวกาศ และสุดท้าย จากความสัมพันธ์ใกล้ชิด ของปัญหาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์กับปัญหาการจัดหาพลังงานในอวกาศและกับปัญหาการพัฒนาพลังงานเลย

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ในบรรดาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่เป็นไปได้ทุกประเภท เครื่องยนต์ที่มีการพัฒนามากที่สุดคือเครื่องยนต์ไอโซโทปรังสีความร้อน และเครื่องยนต์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันแบบโซลิดเฟส แต่ถ้าลักษณะของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ไอโซโทปรังสีไม่อนุญาตให้เราหวังว่าจะมีการใช้อย่างแพร่หลายในอวกาศ (อย่างน้อยก็ในอนาคตอันใกล้นี้) การสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสก็เปิดโอกาสที่ดีสำหรับการบินอวกาศ

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

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

ข้อดีของโซลิดเฟสและเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์อื่น ๆ ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันได้รับการเปิดเผยอย่างเต็มที่มากที่สุดในการศึกษาโครงการอวกาศที่ซับซ้อนเช่นการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ (ตัวอย่างเช่นระหว่างการเดินทางไปดาวอังคาร) ในกรณีนี้การเพิ่มขึ้นของแรงกระตุ้นเฉพาะของทรัสเตอร์ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาใหม่เชิงคุณภาพได้ ปัญหาทั้งหมดนี้บรรเทาลงอย่างมากเมื่อใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสที่มีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงเป็นสองเท่าของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสมัยใหม่ ในกรณีนี้สามารถลดเวลาการบินลงได้อย่างมาก

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

โดยสรุป ฉันจะถอดความวลีอันโด่งดังของไอน์สไตน์ - ในการเดินทางไปยังดวงดาวมนุษยชาติจะต้องมาพร้อมกับสิ่งที่เทียบเคียงได้ในความซับซ้อนและการรับรู้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับคนยุคหิน!

วรรณกรรม

แหล่งที่มา:

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

7. "เครื่องยนต์", "เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้แก๊สสำหรับยานอวกาศ",

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

อ.: ความรู้, 2526.

11. , การสำรวจอวกาศเชคาลิน - ม.:

ความรู้, 2531.

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

แอปพลิเคชัน

ลักษณะสำคัญของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส

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