เครื่องยนต์นิวเคลียร์ทำงานอย่างไรในอวกาศ? เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เป็นอนาคตของการบินอวกาศ

ทุกๆสองสามปีบ้าง
พันโทคนใหม่ค้นพบดาวพลูโต
หลังจากนั้นเขาก็เรียกห้องปฏิบัติการ
เพื่อค้นหาชะตากรรมในอนาคตของแรมเจ็ทนิวเคลียร์

นี่เป็นหัวข้อที่ทันสมัยในทุกวันนี้ แต่สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ตนั้นน่าสนใจกว่ามากเพราะมันไม่จำเป็นต้องพกพาของเหลวที่ใช้งานได้ไปด้วย
ฉันคิดว่าข้อความของประธานาธิบดีเป็นเรื่องเกี่ยวกับเขา แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างทุกคนเริ่มโพสต์เกี่ยวกับ YARD วันนี้ ???
ขอรวบรวมทุกอย่างไว้ที่นี่ที่เดียว ฉันจะบอกคุณว่าความคิดที่น่าสนใจปรากฏขึ้นเมื่อคุณอ่านหัวข้อ และคำถามที่อึดอัดมาก

เครื่องยนต์ ramjet (เครื่องยนต์ ramjet คำภาษาอังกฤษคือ ramjet จาก ram - ram) เป็นเครื่องยนต์ไอพ่นที่ง่ายที่สุดในระดับเดียวกันของเครื่องยนต์ไอพ่นแบบหายใจด้วยอากาศ (เครื่องยนต์ ramjet) ในการออกแบบ มันเป็นประเภทของเครื่องยนต์ไอพ่นปฏิกิริยาโดยตรงซึ่งแรงผลักดันถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไอพ่นที่ไหลจากหัวฉีดเท่านั้น แรงดันที่เพิ่มขึ้นที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ทำได้โดยการเบรกการไหลของอากาศที่กำลังจะมาถึง เครื่องยนต์แรมเจ็ทไม่ทำงานที่ความเร็วการบินต่ำ โดยเฉพาะที่ความเร็วเป็นศูนย์ จำเป็นต้องใช้คันเร่งอย่างน้อยหนึ่งตัวเพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์ให้ทำงาน

ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษ 1950 ระหว่างยุคสงครามเย็น การออกแบบแรมเจ็ตพร้อมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้รับการพัฒนาในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต


ภาพโดย: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg

แหล่งพลังงานของเครื่องยนต์แรมเจ็ทเหล่านี้ (ต่างจากเครื่องยนต์แรมเจ็ทอื่นๆ) ไม่ใช่ปฏิกิริยาทางเคมีของการเผาไหม้เชื้อเพลิง แต่เป็นความร้อนที่เกิดจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในห้องทำความร้อนของของไหลทำงาน อากาศจากอุปกรณ์อินพุตในแรมเจ็ตดังกล่าวจะผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ ทำให้เย็นลง และร้อนขึ้นเองจนถึงอุณหภูมิใช้งาน (ประมาณ 3,000 เคลวิน) จากนั้นจึงไหลออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วที่เทียบได้กับความเร็วไอเสียมากที่สุด เครื่องยนต์จรวดเคมีขั้นสูง วัตถุประสงค์ที่เป็นไปได้ของเครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าว:
- เรือสำราญข้ามทวีปที่มีประจุนิวเคลียร์
- เครื่องบินการบินและอวกาศขั้นตอนเดียว

ทั้งสองประเทศได้สร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดกะทัดรัดและใช้ทรัพยากรต่ำซึ่งมีขนาดเท่าจรวดขนาดใหญ่ ในสหรัฐอเมริกา ภายใต้โครงการวิจัยแรมเจ็ตนิวเคลียร์ของพลูโตและโทรี การทดสอบแบบตั้งโต๊ะของเครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์ของโทรี-IIC ดำเนินการในปี พ.ศ. 2507 (โหมดกำลังเต็ม 513 เมกะวัตต์เป็นเวลาห้านาทีด้วยแรงขับ 156 กิโลนิวตัน) ไม่มีการทดสอบการบินและปิดโปรแกรมในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2507 เหตุผลประการหนึ่งในการปิดโปรแกรมคือการปรับปรุงการออกแบบขีปนาวุธด้วยเครื่องยนต์จรวดเคมีซึ่งทำให้มั่นใจได้อย่างเต็มที่ในการแก้ปัญหาภารกิจการต่อสู้โดยไม่ต้องใช้โครงร่างกับเครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์ที่มีราคาค่อนข้างแพง
ไม่ใช่เรื่องปกติที่จะพูดถึงเรื่องที่สองในแหล่งข่าวของรัสเซียตอนนี้...

โครงการดาวพลูโตควรใช้ยุทธวิธีการบินในระดับความสูงต่ำ กลยุทธ์นี้รับประกันความลับจากเรดาร์ของระบบป้องกันภัยทางอากาศของสหภาพโซเวียต
เพื่อให้บรรลุความเร็วที่เครื่องยนต์แรมเจ็ทจะทำงาน พลูโตจะต้องถูกปล่อยลงมาจากพื้นดินโดยใช้ชุดเครื่องเพิ่มกำลังจรวดแบบธรรมดา การปล่อยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เริ่มขึ้นหลังจากที่ดาวพลูโตขึ้นไปถึงระดับความสูงในการล่องเรือและถูกย้ายออกจากพื้นที่ที่มีประชากรเพียงพอ เครื่องยนต์นิวเคลียร์ซึ่งให้ระยะปฏิบัติการเกือบไม่จำกัด ทำให้จรวดบินเป็นวงกลมเหนือมหาสมุทรขณะรอคำสั่งให้เปลี่ยนมาใช้ความเร็วเหนือเสียงมุ่งหน้าสู่เป้าหมายในสหภาพโซเวียต

การออกแบบแนวคิดสแลม

มีการตัดสินใจที่จะทำการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์เต็มรูปแบบแบบคงที่ซึ่งมีไว้สำหรับเครื่องยนต์แรมเจ็ท
เนื่องจากเครื่องปฏิกรณ์ดาวพลูโตมีกัมมันตภาพรังสีสูงหลังการปล่อย มันจึงถูกส่งไปยังสถานที่ทดสอบผ่านทางทางรถไฟอัตโนมัติเต็มรูปแบบที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ ตามแนวนี้ เครื่องปฏิกรณ์เคลื่อนที่เป็นระยะทางประมาณ 2 ไมล์ ซึ่งแยกแท่นทดสอบแบบสถิตและอาคาร "รื้อ" ขนาดใหญ่ออกจากกัน ในอาคาร เครื่องปฏิกรณ์ "ร้อน" ถูกรื้อเพื่อตรวจสอบโดยใช้อุปกรณ์ควบคุมจากระยะไกล นักวิทยาศาสตร์จากลิเวอร์มอร์สังเกตกระบวนการทดสอบโดยใช้ระบบโทรทัศน์ซึ่งตั้งอยู่ในโรงเก็บเครื่องบินดีบุกซึ่งอยู่ห่างจากแท่นทดสอบ ในกรณีที่โรงเก็บเครื่องบินมีที่พักพิงป้องกันรังสีพร้อมอาหารและน้ำสำหรับสองสัปดาห์
เพียงเพื่อจัดหาคอนกรีตที่จำเป็นในการสร้างกำแพงของอาคารรื้อถอน (ซึ่งมีความหนาหกถึงแปดฟุต) รัฐบาลสหรัฐฯ จึงได้ซื้อเหมืองทั้งหมด
อากาศอัดหลายล้านปอนด์ถูกเก็บไว้ในท่อผลิตน้ำมันยาว 25 ไมล์ อากาศอัดนี้ควรจะถูกนำมาใช้เพื่อจำลองสภาวะที่เครื่องยนต์แรมเจ็ทพบตัวเองระหว่างการบินด้วยความเร็วคงที่
เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีแรงดันอากาศสูง ห้องปฏิบัติการได้ยืมคอมเพรสเซอร์ขนาดยักษ์จากฐานเรือดำน้ำในเมืองกรอตัน รัฐคอนเนตทิคัต
การทดสอบซึ่งในระหว่างนั้นหน่วยวิ่งด้วยกำลังสูงสุดเป็นเวลาห้านาทีนั้นจำเป็นต้องบังคับอากาศหนึ่งตันผ่านถังเหล็กที่บรรจุลูกบอลเหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 ซม. มากกว่า 14 ล้านลูก ถังเหล่านี้ได้รับความร้อนถึง 730 องศาโดยใช้องค์ประกอบความร้อนซึ่ง น้ำมันถูกเผา

เมื่อติดตั้งบนชานชาลาทางรถไฟ Tori-2S พร้อมสำหรับการทดสอบที่ประสบความสำเร็จ พฤษภาคม 1964

เมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2504 วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ในโรงเก็บเครื่องบินที่ใช้ควบคุมการทดลอง กลั้นหายใจขณะที่เครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์เครื่องแรกของโลก ซึ่งติดตั้งอยู่บนชานชาลาทางรถไฟสีแดงสด ได้ประกาศการกำเนิดของมันด้วยเสียงคำรามอันดัง Tori-2A เปิดตัวเพียงไม่กี่วินาที ในระหว่างนั้นมันไม่ได้พัฒนากำลังพิกัด อย่างไรก็ตามการทดสอบก็ถือว่าประสบความสำเร็จ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเครื่องปฏิกรณ์ไม่ติดไฟ ซึ่งตัวแทนของคณะกรรมการพลังงานปรมาณูบางคนกลัวอย่างยิ่ง เกือบจะในทันทีหลังจากการทดสอบ Merkle เริ่มทำงานเพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ Tory เครื่องที่สอง ซึ่งคาดว่าจะมีพลังงานมากขึ้นโดยมีน้ำหนักน้อยลง
การทำงานกับ Tori-2B ยังไม่คืบหน้าเกินกว่ากระดานวาดภาพ ในทางกลับกัน ครอบครัวลิเวอร์มอร์สได้สร้าง Tory-2C ขึ้นมาทันที ซึ่งทำลายความเงียบของทะเลทรายสามปีหลังจากการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์เครื่องแรก หนึ่งสัปดาห์ต่อมา เครื่องปฏิกรณ์ถูกรีสตาร์ทและทำงานเต็มกำลัง (513 เมกะวัตต์) เป็นเวลาห้านาที ปรากฎว่ากัมมันตภาพรังสีของไอเสียน้อยกว่าที่คาดไว้อย่างมาก การทดสอบเหล่านี้มีนายพลกองทัพอากาศและเจ้าหน้าที่จากคณะกรรมการพลังงานปรมาณูเข้าร่วมด้วย

ในเวลานี้ ลูกค้าจากเพนตากอนซึ่งเป็นผู้สนับสนุนโครงการดาวพลูโตเริ่มถูกเอาชนะด้วยความสงสัย นับตั้งแต่ขีปนาวุธดังกล่าวถูกยิงจากดินแดนของสหรัฐฯ และบินเหนือดินแดนของพันธมิตรอเมริกันที่ระดับความสูงต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการตรวจจับโดยระบบป้องกันภัยทางอากาศของโซเวียต นักยุทธศาสตร์ทางทหารบางคนสงสัยว่าขีปนาวุธดังกล่าวจะเป็นภัยคุกคามต่อพันธมิตรหรือไม่ ก่อนที่ขีปนาวุธดาวพลูโตจะทิ้งระเบิดใส่ศัตรู มันจะสตัน บดขยี้ และแม้กระทั่งฉายรังสีพันธมิตรก่อน (การบินเหนือศีรษะของดาวพลูโตคาดว่าจะส่งเสียงดังประมาณ 150 เดซิเบลบนพื้น เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ระดับเสียงของจรวดที่ส่งชาวอเมริกันไปยังดวงจันทร์ (ดาวเสาร์ที่ 5) อยู่ที่ 200 เดซิเบลเมื่อส่งเสียงเต็มแรงขับ) แน่นอนว่า แก้วหูที่แตกอาจเป็นปัญหาของคุณได้น้อยที่สุด หากคุณพบว่าตัวเองมีเครื่องปฏิกรณ์เปล่าๆ บินอยู่เหนือศีรษะ ทอดคุณเหมือนไก่ที่มีรังสีแกมมาและนิวตรอน

โทริ-2ซี

แม้ว่าผู้สร้างจรวดจะแย้งว่าดาวพลูโตนั้นเป็นสิ่งที่เข้าใจยากโดยธรรมชาติ แต่นักวิเคราะห์ทางทหารกลับแสดงอาการงุนงงว่าบางสิ่งที่มีเสียงดัง ร้อน ใหญ่และมีกัมมันตภาพรังสีนั้นไม่สามารถถูกตรวจพบได้ตราบเท่าที่มันต้องใช้เวลาในการปฏิบัติภารกิจให้สำเร็จ ในเวลาเดียวกัน กองทัพอากาศสหรัฐฯ ได้เริ่มติดตั้งขีปนาวุธ Atlas และ Titan ซึ่งสามารถไปถึงเป้าหมายได้หลายชั่วโมงก่อนเครื่องปฏิกรณ์บินได้ และระบบต่อต้านขีปนาวุธของสหภาพโซเวียต ความกลัวว่าจะกลายเป็นแรงผลักดันหลัก การสร้างดาวพลูโต ไม่เคยเป็นอุปสรรคสำหรับขีปนาวุธเลยแม้จะประสบความสำเร็จในการทดสอบการสกัดกั้นก็ตาม นักวิจารณ์เกี่ยวกับโครงการนี้มีการถอดรหัสคำย่อ SLAM ของตัวเอง - ช้า ต่ำ และยุ่ง - ช้า ต่ำ และสกปรก หลังจากการทดสอบขีปนาวุธโพลาริสประสบความสำเร็จ กองทัพเรือซึ่งในตอนแรกแสดงความสนใจในการใช้ขีปนาวุธเพื่อปล่อยจากเรือดำน้ำหรือเรือ ก็เริ่มละทิ้งโครงการเช่นกัน และสุดท้าย ราคาของจรวดแต่ละลูกอยู่ที่ 50 ล้านดอลลาร์ ทันใดนั้นดาวพลูโตก็กลายเป็นเทคโนโลยีที่ไม่มีการใช้งาน เป็นอาวุธที่ไม่มีเป้าหมายที่เป็นไปได้

อย่างไรก็ตาม ตะปูสุดท้ายในโลงศพของดาวพลูโตเป็นเพียงคำถามเดียวเท่านั้น มันง่ายมากจนชาวลิเวอร์มอร์เรียนสามารถแก้ตัวได้หากจงใจไม่ใส่ใจกับมัน “จะทำการทดสอบการบินของเครื่องปฏิกรณ์ได้ที่ไหน? คุณจะโน้มน้าวผู้คนได้อย่างไรว่าในระหว่างการบิน จรวดจะไม่สูญเสียการควบคุมและบินเหนือลอสแองเจลิสหรือลาสเวกัสที่ระดับความสูงต่ำ” ถามจิม แฮดลีย์ นักฟิสิกส์จากห้องทดลองลิเวอร์มอร์ ซึ่งทำงานในโครงการดาวพลูโตจนถึงตอนจบ ปัจจุบันเขากำลังตรวจสอบการทดสอบนิวเคลียร์ที่ดำเนินการในประเทศอื่นสำหรับหน่วย Z การยอมรับของแฮดลีย์เอง ไม่มีการรับประกันว่าขีปนาวุธจะไม่ควบคุมไม่ได้และกลายเป็นเชอร์โนบิลที่กำลังบินได้
มีการเสนอวิธีแก้ปัญหาหลายประการสำหรับปัญหานี้ ประการหนึ่งคือการปล่อยดาวพลูโตใกล้กับเกาะเวก ซึ่งจรวดจะบินได้เลขแปดเหนือมหาสมุทรส่วนหนึ่งของสหรัฐอเมริกา ขีปนาวุธ "ร้อน" ควรจะจมลงที่ระดับความลึก 7 กิโลเมตรในมหาสมุทร อย่างไรก็ตาม แม้ว่าคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูจะชักชวนผู้คนให้คิดว่ารังสีเป็นแหล่งพลังงานที่ไร้ขีดจำกัด ข้อเสนอให้ทิ้งจรวดที่มีการปนเปื้อนรังสีจำนวนมากลงสู่มหาสมุทรก็เพียงพอที่จะหยุดการทำงานได้
เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2507 เจ็ดปีหกเดือนหลังจากเริ่มงาน โครงการดาวพลูโตถูกปิดโดยคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูและกองทัพอากาศ

ทุกๆ สองสามปี พันโทกองทัพอากาศคนใหม่จะค้นพบดาวพลูโต แฮดลีย์กล่าว หลังจากนั้น เขาก็โทรไปที่ห้องทดลองเพื่อค้นหาชะตากรรมเพิ่มเติมของแรมเจ็ตนิวเคลียร์ ความกระตือรือร้นของผู้พันหายไปทันทีหลังจากที่แฮดลีย์พูดถึงปัญหาเกี่ยวกับรังสีและการทดสอบการบิน ไม่มีใครโทรหาแฮดลีย์มากกว่าหนึ่งครั้ง
หากใครต้องการทำให้ดาวพลูโตกลับมามีชีวิตอีกครั้งเขาอาจจะสามารถหาคนรับสมัครในลิเวอร์โมร์ได้ อย่างไรก็ตามจะมีไม่มาก ความคิดที่ว่าอะไรอาจกลายเป็นอาวุธบ้าๆ บอๆ ก็ได้นั้นถือเป็นสิ่งที่ดีที่สุดในอดีต

ลักษณะทางเทคนิคของจรวดสแลม:
เส้นผ่านศูนย์กลาง - 1,500 มม.
ความยาว - 20,000 มม.
น้ำหนัก - 20 ตัน
ช่วงไม่ จำกัด (ตามทฤษฎี)
ความเร็วที่ระดับน้ำทะเล 3 มัค
อาวุธยุทโธปกรณ์ - ระเบิดแสนสาหัส 16 ลูก (แต่ละลูกให้ผลผลิต 1 เมกะตัน)
เครื่องยนต์เป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (กำลัง 600 เมกะวัตต์)
ระบบนำทาง - เฉื่อย + TERCOM
อุณหภูมิผิวสูงสุด 540 องศาเซลเซียส
วัสดุโครงเครื่องบินเป็นสแตนเลส Rene 41 ที่มีอุณหภูมิสูง
ความหนาของเปลือก - 4 - 10 มม.

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์แรมเจ็ตนิวเคลียร์มีแนวโน้มว่าจะเป็นระบบขับเคลื่อนสำหรับเครื่องบินการบินและอวกาศระยะเดียวและเครื่องบินขนส่งหนักข้ามทวีปความเร็วสูง สิ่งนี้อำนวยความสะดวกโดยความเป็นไปได้ในการสร้าง ramjet นิวเคลียร์ที่สามารถทำงานที่ความเร็วต่ำกว่าเสียงและเป็นศูนย์ในโหมดเครื่องยนต์จรวดโดยใช้เชื้อเพลิงสำรองบนเครื่องบิน ตัวอย่างเช่นนั่นคือเครื่องบินการบินและอวกาศที่มี ramjet นิวเคลียร์เริ่มต้น (รวมถึงการถอดออก) จ่ายสารทำงานให้กับเครื่องยนต์จากถังบนเรือ (หรือนอกเรือ) และเมื่อถึงความเร็วแล้วจาก M = 1 ก็เปลี่ยนไปใช้อากาศในชั้นบรรยากาศ .

ดังที่ประธานาธิบดีรัสเซีย V.V. ปูติน กล่าวเมื่อต้นปี 2018 “มีการยิงขีปนาวุธร่อนด้วยโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ประสบความสำเร็จ” ยิ่งไปกว่านั้น ตามที่เขาพูด ระยะของขีปนาวุธร่อนดังกล่าวนั้น "ไม่จำกัด"

ฉันสงสัยว่าการทดสอบได้ดำเนินการในภูมิภาคใด และเหตุใดหน่วยงานตรวจสอบการทดสอบนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องจึงโจมตีพวกเขา หรือการปล่อยรูทีเนียม-106 ในชั้นบรรยากาศในฤดูใบไม้ร่วงเกี่ยวข้องกับการทดสอบเหล่านี้หรือไม่? เหล่านั้น. ชาวเมืองเชเลียบินสค์ไม่เพียงโรยด้วยรูทีเนียมเท่านั้น แต่ยังทอดอีกด้วย?
คุณรู้ไหมว่าจรวดนี้ตกอยู่ที่ไหน? พูดง่ายๆ ก็คือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แตกที่ไหน? สนามฝึกซ้อมแห่งใด? โนวาย่า เซมเลีย?

**************************************** ********************

ตอนนี้เรามาอ่านเกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์กันสักหน่อย แม้ว่านั่นจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงก็ตาม

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) เป็นเครื่องยนต์จรวดประเภทหนึ่งที่ใช้พลังงานฟิชชันหรือฟิวชันของนิวเคลียสเพื่อสร้างแรงผลักดันของไอพ่น พวกมันอาจเป็นของเหลว (ให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานในห้องทำความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และปล่อยก๊าซผ่านหัวฉีด) และการระเบิดแบบพัลส์ (การระเบิดของนิวเคลียร์พลังงานต่ำในช่วงเวลาเท่ากัน)
เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบดั้งเดิมโดยรวมเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยห้องทำความร้อนที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นแหล่งความร้อน ระบบจ่ายของไหลที่ใช้งานได้ และหัวฉีด สารทำงาน (โดยปกติคือไฮโดรเจน) จะถูกส่งจากถังไปยังแกนเครื่องปฏิกรณ์ โดยที่เมื่อผ่านช่องที่ได้รับความร้อนจากปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ จะถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง จากนั้นจึงถูกโยนออกทางหัวฉีด ทำให้เกิดแรงขับของไอพ่น เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์มีการออกแบบที่หลากหลาย: เฟสของแข็ง เฟสของเหลว และเฟสก๊าซ ซึ่งสอดคล้องกับสถานะการรวมตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ - ก๊าซของแข็ง ละลาย หรืออุณหภูมิสูง (หรือแม้แต่พลาสมา)


ทิศตะวันออก. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546

RD-0410 (ดัชนี GRAU - 11B91 หรือที่รู้จักในชื่อ "Irgit" และ "IR-100") - เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เครื่องแรกและเครื่องเดียวของโซเวียตในปี 1947-78 ได้รับการพัฒนาที่สำนักออกแบบ Khimavtomatika, Voronezh
RD-0410 ใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนต่างกัน การออกแบบประกอบด้วยชุดเชื้อเพลิง 37 ชุด หุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนที่แยกออกจากตัวหน่วง โครงการคาดกันว่าการไหลของไฮโดรเจนจะไหลผ่านตัวสะท้อนแสงและตัวหน่วงเวลาเป็นครั้งแรก โดยคงอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงเข้าสู่แกนกลางซึ่งถูกทำให้ร้อนถึง 3100 K ที่ขาตั้ง ตัวสะท้อนแสงและตัวหน่วงจะถูกทำให้เย็นลงด้วยไฮโดรเจนที่แยกจากกัน ไหล. เครื่องปฏิกรณ์ต้องผ่านการทดสอบที่สำคัญหลายครั้ง แต่ไม่เคยได้รับการทดสอบเลยตลอดระยะเวลาการทำงานเต็มรูปแบบ ส่วนประกอบที่อยู่นอกเครื่องปฏิกรณ์หมดเกลี้ยงแล้ว

********************************

และนี่คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ของอเมริกา แผนภาพของเขาอยู่ในรูปภาพชื่อเรื่อง


ผู้แต่ง: NASA - รูปภาพที่ยอดเยี่ยมในคำอธิบายของ NASA, โดเมนสาธารณะ, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานยานพาหนะจรวด) เป็นโครงการร่วมกันของคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูของสหรัฐอเมริกาและ NASA เพื่อสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) ซึ่งกินเวลาจนถึงปี 1972
เนอร์วาแสดงให้เห็นว่าระบบขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์สามารถทำงานได้และเหมาะสำหรับการสำรวจอวกาศ และในช่วงปลายปี พ.ศ. 2511 SNPO ยืนยันว่าการดัดแปลงใหม่ล่าสุดของ NERVA คือ NRX/XE เป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับภารกิจบรรจุมนุษย์ไปยังดาวอังคาร แม้ว่าเครื่องยนต์ NERVA จะถูกสร้างขึ้นและทดสอบในขอบเขตสูงสุดที่เป็นไปได้ และถือว่าพร้อมสำหรับการติดตั้งบนยานอวกาศ แต่โครงการอวกาศของอเมริกาส่วนใหญ่ถูกยกเลิกโดยฝ่ายบริหารของ Nixon

NERVA ได้รับการจัดอันดับโดย AEC, SNPO และ NASA ว่าเป็นโครงการที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงที่บรรลุหรือเกินเป้าหมาย เป้าหมายหลักของโครงการคือ "เพื่อสร้างพื้นฐานทางเทคนิคสำหรับระบบขับเคลื่อนจรวดนิวเคลียร์เพื่อใช้ในการออกแบบและพัฒนาระบบขับเคลื่อนสำหรับภารกิจอวกาศ" โครงการอวกาศเกือบทั้งหมดที่ใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์มีพื้นฐานมาจากการออกแบบของ NERVA NRX หรือ Pewee

ภารกิจบนดาวอังคารมีส่วนรับผิดชอบต่อการตายของ NERVA สมาชิกสภาคองเกรสจากทั้งสองพรรคการเมืองได้ตัดสินใจว่าภารกิจบรรจุมนุษย์ไปยังดาวอังคารจะเป็นข้อผูกพันโดยปริยายสำหรับสหรัฐอเมริกาในการสนับสนุนการแข่งขันในอวกาศที่มีค่าใช้จ่ายสูงมานานหลายทศวรรษ ในแต่ละปีโครงการ RIFT ล่าช้า และเป้าหมายของ NERVA ก็ซับซ้อนมากขึ้น แม้ว่าเครื่องยนต์ NERVA จะประสบความสำเร็จในการทดสอบมากมายและได้รับการสนับสนุนอย่างดีจากสภาคองเกรส แต่ก็ไม่เคยออกไปจากโลกเลย

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2560 บริษัทวิทยาศาสตร์การบินและอวกาศของจีน (CASC) ได้เผยแพร่แผนงานสำหรับการพัฒนาโครงการอวกาศของจีนในช่วงปี พ.ศ. 2560-2588 โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างเรือที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ซึ่งขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์คือเครื่องยนต์จรวดที่มีหลักการทำงานขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือการสลายกัมมันตภาพรังสี ซึ่งปล่อยพลังงานที่ทำให้ของไหลทำงานร้อนขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลจากปฏิกิริยาหรือสารอื่นบางอย่าง เช่น ไฮโดรเจน

มาดูทางเลือกและหลักการจากการปฏิบัติกัน...

เครื่องยนต์จรวดมีหลายประเภทที่ใช้หลักการทำงานที่อธิบายไว้ข้างต้น: นิวเคลียร์, ไอโซโทปรังสี, เทอร์โมนิวเคลียร์ การใช้เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เป็นไปได้ที่จะได้รับค่าแรงกระตุ้นจำเพาะสูงกว่าค่าที่สามารถทำได้โดยเครื่องยนต์จรวดเคมีอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสูงของแรงกระตุ้นจำเพาะอธิบายได้ด้วยความเร็วสูงของการไหลออกของของไหลทำงาน - ประมาณ 8-50 กม./วินาที แรงขับของเครื่องยนต์นิวเคลียร์เทียบได้กับแรงขับของเครื่องยนต์เคมี ซึ่งจะทำให้ในอนาคตสามารถแทนที่เครื่องยนต์เคมีทั้งหมดด้วยพลังงานนิวเคลียร์ได้

อุปสรรคสำคัญในการทดแทนให้สมบูรณ์คือมลพิษทางกัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์

แบ่งออกเป็นสองประเภท - เฟสของแข็งและเฟสก๊าซ ในเครื่องยนต์ประเภทแรก วัสดุฟิสไซล์จะถูกวางในชุดประกอบก้านที่มีพื้นผิวที่พัฒนาแล้ว ทำให้สามารถให้ความร้อนแก่ของเหลวทำงานที่เป็นก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งโดยปกติแล้วไฮโดรเจนจะทำหน้าที่เป็นของเหลวทำงาน ความเร็วไอเสียถูกจำกัดโดยอุณหภูมิสูงสุดของของไหลทำงานซึ่งในทางกลับกันจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตขององค์ประกอบโครงสร้างโดยตรงและจะต้องไม่เกิน 3,000 K ในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นสารฟิสไซล์ 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 เครื่องปฏิกรณ์จึงไม่เคยได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติ

ปัจจุบันเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาทางทฤษฎี เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงเกี่ยวข้องกับการใช้พลูโทเนียมซึ่งมีกระแสก๊าซที่เคลื่อนที่ช้าล้อมรอบด้วยไฮโดรเจนที่เย็นตัวเร็วขึ้น การทดลองได้ดำเนินการที่สถานีอวกาศวงโคจร MIR และ ISS ซึ่งสามารถเป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซได้ต่อไป

วันนี้เราสามารถพูดได้ว่ารัสเซียได้ "แช่แข็ง" การวิจัยในด้านระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์เล็กน้อย งานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาและปรับปรุงส่วนประกอบพื้นฐานและส่วนประกอบของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์รวมถึงการรวมเข้าด้วยกัน ทิศทางสำคัญสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมในพื้นที่นี้คือการสร้างระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ที่สามารถทำงานในสองโหมด โหมดแรกคือโหมดเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ และโหมดที่สองคือโหมดการติดตั้งเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนยานอวกาศ

รัสเซียได้ทดสอบระบบระบายความร้อนของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของยานอวกาศในอนาคตที่จะสามารถทำการบินระหว่างดาวเคราะห์ได้ เหตุใดเครื่องยนต์นิวเคลียร์จึงจำเป็นในอวกาศ มันทำงานอย่างไร และเหตุใด Roscosmos จึงถือว่าการพัฒนานี้เป็นหลักสำคัญในอวกาศของรัสเซีย รายงานของ Izvestia

ประวัติความเป็นมาของอะตอม

หากคุณใส่ใจ ตั้งแต่สมัย Korolev ยานพาหนะส่งที่ใช้สำหรับการบินสู่อวกาศยังไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานใด ๆ หลักการทำงานทั่วไป - สารเคมีซึ่งขึ้นอยู่กับการเผาไหม้เชื้อเพลิงด้วยตัวออกซิไดเซอร์ - ยังคงเหมือนเดิม 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 และสามารถเรียกได้ว่าเป็นหนึ่งในโครงการอวกาศที่จริงจังและทะเยอทะยานที่สุดในยุคล่าสุด ผู้รับเหมาหลักด้านวิศวกรรมพลังงานนิวเคลียร์คือศูนย์วิจัยที่ตั้งชื่อตาม เอ็มวี เคลดิช.

การเคลื่อนที่ของนิวเคลียร์

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

ในเครื่องยนต์ไอออน แรงขับถูกสร้างขึ้นโดยการสร้างแรงขับไอพ่นโดยใช้ก๊าซไอออไนซ์ที่ถูกเร่งด้วยความเร็วสูงในสนามไฟฟ้า เครื่องยนต์ไอออนยังคงมีอยู่และกำลังถูกทดสอบในอวกาศ จนถึงตอนนี้พวกเขามีปัญหาเดียวเท่านั้น - เกือบทั้งหมดมีแรงขับน้อยมากแม้ว่าพวกเขาจะใช้เชื้อเพลิงน้อยมากก็ตาม สำหรับการเดินทางในอวกาศ เครื่องยนต์ดังกล่าวเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากปัญหาการผลิตไฟฟ้าในอวกาศได้รับการแก้ไข ซึ่งเป็นสิ่งที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะทำได้ นอกจากนี้เครื่องยนต์ไอออนสามารถทำงานได้ค่อนข้างนานระยะเวลาสูงสุดของการทำงานต่อเนื่องสูงสุดของเครื่องยนต์ไอออนรุ่นใหม่ล่าสุดคือมากกว่าสามปี

หากคุณดูแผนภาพ คุณจะสังเกตเห็นว่าพลังงานนิวเคลียร์ไม่ได้เริ่มทำงานอย่างมีประโยชน์ทันที ขั้นแรก เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะร้อนขึ้น จากนั้นไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งถูกใช้เพื่อสร้างแรงผลักดันให้กับเครื่องยนต์ไอออนแล้ว อนิจจา มนุษยชาติยังไม่ได้เรียนรู้วิธีใช้การติดตั้งนิวเคลียร์เพื่อขับเคลื่อนด้วยวิธีที่ง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในสหภาพโซเวียต ดาวเทียมที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ได้รับการปล่อยตัวโดยเป็นส่วนหนึ่งของศูนย์การกำหนดเป้าหมาย Legend สำหรับเครื่องบินบรรทุกขีปนาวุธของกองทัพเรือ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กมากและงานของพวกเขาก็เพียงพอที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับเครื่องมือที่แขวนอยู่บนดาวเทียมเท่านั้น ยานอวกาศโซเวียตมีกำลังในการติดตั้ง 3 กิโลวัตต์ แต่ตอนนี้ผู้เชี่ยวชาญชาวรัสเซียกำลังทำงานเพื่อสร้างการติดตั้งที่มีกำลังมากกว่า 1 เมกะวัตต์

ปัญหาในระดับจักรวาล

โดยธรรมชาติแล้วการติดตั้งนิวเคลียร์ในอวกาศมีปัญหามากกว่าบนโลก และที่สำคัญที่สุดคือการระบายความร้อน ภายใต้สภาวะปกติจะใช้น้ำเพื่อดูดซับความร้อนของเครื่องยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ในอวกาศและเครื่องยนต์นิวเคลียร์ต้องการระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ - และความร้อนจากพวกมันจะต้องถูกกำจัดออกไปในอวกาศนั่นคือสามารถทำได้ในรูปแบบของรังสีเท่านั้น โดยปกติแล้ว เพื่อจุดประสงค์นี้ ยานอวกาศจะใช้แผงหม้อน้ำซึ่งทำจากโลหะ โดยมีน้ำยาหล่อเย็นไหลเวียนผ่าน อนิจจาตามกฎแล้วหม้อน้ำดังกล่าวมีน้ำหนักและขนาดใหญ่นอกจากนี้ยังไม่ได้รับการปกป้องจากอุกกาบาตเลย

ในเดือนสิงหาคม 2558 ที่งานแสดงทางอากาศ MAKS ได้มีการจัดแสดงแบบจำลองการระบายความร้อนแบบหยดของระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ ในนั้นของเหลวที่กระจายตัวในรูปหยดจะบินไปในที่โล่ง เย็นตัวลง จากนั้นจึงประกอบกลับเข้าไปในการติดตั้ง ลองนึกภาพยานอวกาศขนาดใหญ่ที่อยู่ตรงกลางซึ่งมีห้องอาบน้ำฝักบัวขนาดยักษ์ซึ่งมีหยดน้ำขนาดเล็กจำนวนหลายพันล้านหยดออกมาบินไปในอวกาศแล้วถูกดูดเข้าไปในปากขนาดใหญ่ของเครื่องดูดฝุ่นอวกาศ

เมื่อไม่นานมานี้เป็นที่ทราบกันว่าระบบระบายความร้อนแบบหยดของระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะภาคพื้นดิน 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 หากไม่มีวิธีที่รวดเร็วในการขนส่งสินค้าและผู้คนขึ้นสู่วงโคจรดาวอังคาร ก็ไม่มีโอกาสที่จะเกิดการล่าอาณานิคม ยานพาหนะที่เปิดตัวในปัจจุบันจะทำสิ่งนี้มีราคาแพงมากและใช้เวลานาน จนถึงขณะนี้ ระยะเวลาการบินยังคงเป็นหนึ่งในปัญหาที่ร้ายแรงที่สุดเมื่อบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น การรอดชีวิตหลายเดือนของการเดินทางไปยังดาวอังคารและกลับมาในแคปซูลยานอวกาศแบบปิดไม่ใช่เรื่องง่าย การลากจูงนิวเคลียร์ก็ช่วยได้เช่นกัน ซึ่งช่วยลดเวลานี้ได้อย่างมาก

ที่จำเป็นและเพียงพอ

ในปัจจุบัน ทั้งหมดนี้ดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า เหลือเวลาอีกเพียงไม่กี่ปีก่อนที่จะทดสอบต้นแบบ สิ่งสำคัญที่จำเป็นไม่เพียงแต่จะทำให้การพัฒนาเสร็จสมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังเพื่อรักษาระดับอวกาศอวกาศที่ต้องการในประเทศด้วย แม้ว่าเงินทุนจะลดลง จรวดก็ยังต้องบินต่อไป ยานอวกาศก็ถูกสร้างขึ้น และผู้เชี่ยวชาญที่ทรงคุณค่าที่สุดก็ต้องทำงานต่อไป

มิฉะนั้น เครื่องยนต์นิวเคลียร์หนึ่งเครื่องที่ไม่มีโครงสร้างพื้นฐานที่เหมาะสมจะไม่สามารถช่วยเรื่องนี้ได้ เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด การพัฒนาจะมีความสำคัญมากไม่เพียงแต่ในการขายเท่านั้น แต่ยังต้องใช้อย่างอิสระ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถทั้งหมดของยานอวกาศใหม่

ในระหว่างนี้ผู้อยู่อาศัยทั้งหมดของประเทศที่ไม่ได้ผูกติดอยู่กับงานทำได้แค่มองท้องฟ้าและหวังว่าทุกอย่างจะออกมาดีสำหรับจักรวาลวิทยารัสเซีย และการลากจูงนิวเคลียร์และการรักษาความสามารถในปัจจุบัน ฉันไม่ต้องการที่จะเชื่อในผลลัพธ์อื่น

เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับจรวดอวกาศ - ความฝันที่ดูเหมือนห่างไกลของนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ - ไม่เพียงแต่ได้รับการพัฒนาในสำนักงานออกแบบที่เป็นความลับสุดยอดเท่านั้น แต่ยังผลิตและทดสอบที่ไซต์ทดสอบด้วย “มันเป็นงานที่ไม่สำคัญ” Vladimir Rachuk ผู้ออกแบบทั่วไปของบริษัท Voronezh Federal State Enterprise “KB Chemical Automatics” กล่าว ในคำพูดของเขา "งานที่ไม่สำคัญ" หมายถึงการประเมินสิ่งที่ทำไปอย่างสูงมาก

"KB Khimavtomatiki" แม้ว่าจะเกี่ยวข้องกับเคมี (การผลิตปั๊มสำหรับอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง) แต่จริงๆ แล้วเป็นหนึ่งในศูนย์การผลิตเครื่องยนต์จรวดชั้นนำที่มีเอกลักษณ์เฉพาะในรัสเซียและต่างประเทศ วิสาหกิจดังกล่าวก่อตั้งขึ้นในภูมิภาคโวโรเนซในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2484 ซึ่งเป็นช่วงที่กองทหารนาซีกำลังเร่งรีบไปมอสโคว์ ขณะนั้นสำนักออกแบบกำลังพัฒนาหน่วยสำหรับเครื่องบินทหาร อย่างไรก็ตามในช่วงทศวรรษที่ห้าสิบทีมได้เปลี่ยนมาใช้หัวข้อใหม่ที่มีแนวโน้มดี - เครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) “ผลิตภัณฑ์” จาก Voronezh ได้รับการติดตั้งบน “Vostok”, “Voskhod”, “Soyuz”, “Molniya”, “Proton”...
ที่นี่ที่สำนักออกแบบระบบอัตโนมัติทางเคมี ได้สร้าง "มอเตอร์" พื้นที่ออกซิเจน - ไฮโดรเจนห้องเดียวที่ทรงพลังที่สุดของประเทศด้วยแรงขับสองร้อยตัน มันถูกใช้เป็นเครื่องยนต์ขับเคลื่อนในระยะที่สองของจรวดและอวกาศ Energia-Buran เครื่องยนต์จรวด Voronezh ได้รับการติดตั้งบนขีปนาวุธทางทหารหลายลูก (เช่น SS-19 หรือที่เรียกว่า "ซาตาน" หรือ SS-N-23 ที่ปล่อยจากเรือดำน้ำ) โดยรวมแล้วมีการพัฒนาตัวอย่างประมาณ 60 ตัวอย่าง โดย 30 ตัวอย่างถูกนำไปผลิตจำนวนมาก สิ่งที่โดดเด่นในซีรีส์นี้คือเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ RD-0410 ซึ่งถูกสร้างขึ้นร่วมกับองค์กรด้านการป้องกัน สำนักงานออกแบบ และสถาบันวิจัยหลายแห่ง
Sergei Pavlovich Korolev หนึ่งในผู้ก่อตั้งจักรวาลวิทยารัสเซียกล่าวว่าเขาใฝ่ฝันที่จะมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สำหรับจรวดตั้งแต่ปี 1945 การใช้พลังงานอันทรงพลังของอะตอมเพื่อพิชิตมหาสมุทรจักรวาลเป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจมาก แต่ในเวลานั้นเราไม่มีขีปนาวุธด้วยซ้ำ และในช่วงกลางทศวรรษที่ 50 เจ้าหน้าที่ข่าวกรองโซเวียตรายงานว่าการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) กำลังดำเนินไปอย่างเต็มที่ในสหรัฐอเมริกา ข้อมูลนี้ถูกส่งไปยังผู้นำระดับสูงของประเทศทันที เป็นไปได้มากว่า Korolev ก็คุ้นเคยกับมันเช่นกัน ในปี 1956 ในรายงานลับเกี่ยวกับโอกาสในการพัฒนาจรวด เขาเน้นย้ำว่าเครื่องยนต์นิวเคลียร์จะมีโอกาสที่ดีมาก อย่างไรก็ตาม ทุกคนเข้าใจว่าการนำแนวคิดนี้ไปปฏิบัตินั้นเต็มไปด้วยความยากลำบากอย่างมาก ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีอาคารหลายชั้น ความท้าทายคือการเปลี่ยนอาคารขนาดใหญ่หลังนี้ให้เป็นอาคารขนาดเล็กที่มีขนาดเท่าโต๊ะสองตัว ในปี 1959 ที่สถาบันพลังงานปรมาณู การประชุมที่สำคัญมากเกิดขึ้นระหว่าง "บิดา" ของระเบิดปรมาณูของเรา Igor Kurchatov ผู้อำนวยการสถาบันคณิตศาสตร์ประยุกต์ "หัวหน้านักทฤษฎีอวกาศ" Mstislav Keldysh และ Sergei Korolev . ภาพถ่ายของ “สามกษ” สามบุคคลดีเด่นผู้ยกย่องบ้านเมืองกลายเป็นตำราเรียน แต่มีน้อยคนที่รู้ว่าวันนั้นพวกเขาคุยกันเรื่องอะไร
“ Kurchatov, Korolev และ Keldysh กำลังพูดถึงแง่มุมเฉพาะของการสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์” Albert Belogurov ผู้ออกแบบชั้นนำของ "มอเตอร์" นิวเคลียร์ซึ่งทำงานในสำนักออกแบบ Voronezh มานานกว่า 40 ปีแสดงความคิดเห็นในภาพถ่าย . - เมื่อถึงเวลานั้น แนวคิดนี้ก็ดูไม่น่าอัศจรรย์อีกต่อไป ตั้งแต่ปี 1957 เมื่อเรามีขีปนาวุธข้ามทวีป ผู้ออกแบบ Sredmash (กระทรวงที่เกี่ยวข้องกับปัญหาปรมาณู) เริ่มมีส่วนร่วมในการศึกษาเบื้องต้นของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ หลังจากการพบกันของ "สามกษ" การศึกษาเหล่านี้ได้รับแรงผลักดันอันทรงพลังครั้งใหม่
นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ทำงานเคียงข้างกับนักวิทยาศาสตร์ด้านจรวด สำหรับเครื่องยนต์จรวด พวกเขาใช้เครื่องปฏิกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดเครื่องหนึ่ง ภายนอกเป็นกระบอกโลหะขนาดค่อนข้างเล็ก เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 เซนติเมตร ยาวประมาณหนึ่งเมตร ข้างในมีท่อบาง 900 หลอดบรรจุ "เชื้อเพลิง" - ยูเรเนียม หลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์เป็นที่รู้จักของเด็กนักเรียนในปัจจุบัน ในระหว่างปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแตกตัวของนิวเคลียสของอะตอม จะเกิดความร้อนจำนวนมหาศาล ปั๊มอันทรงพลังจะสูบไฮโดรเจนผ่านความร้อนของหม้อต้มยูเรเนียมซึ่งให้ความร้อนสูงถึง 3,000 องศา จากนั้นก๊าซร้อนที่หลุดออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วสูงทำให้เกิดแรงขับอันทรงพลัง...
ทุกอย่างดูดีบนแผนภาพ แต่การทดสอบจะแสดงอะไร คุณไม่สามารถใช้อัฒจันทร์ธรรมดาเพื่อยิงเครื่องยนต์นิวเคลียร์ขนาดเต็มได้ - การแผ่รังสีไม่ใช่เรื่องล้อเล่น โดยพื้นฐานแล้ว เครื่องปฏิกรณ์คือระเบิดปรมาณูที่มีการกระทำล่าช้าเท่านั้น เมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมาไม่ใช่ในทันที แต่ในช่วงเวลาหนึ่ง ไม่ว่าในกรณีใด จำเป็นต้องมีข้อควรระวังเป็นพิเศษ มีการตัดสินใจที่จะทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ที่สถานที่ทดสอบนิวเคลียร์ในเซมิพาลาตินสค์ และส่วนแรกของการออกแบบ (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์) - ที่จุดยืนในภูมิภาคมอสโก
“Zagorsk มีฐานที่ดีเยี่ยมสำหรับการปล่อยเครื่องยนต์จรวดภาคพื้นดิน” Albert Belogurov อธิบาย - เราได้ผลิตตัวอย่างประมาณ 30 ตัวอย่างสำหรับการทดสอบแบบตั้งโต๊ะ ไฮโดรเจนถูกเผาในออกซิเจน จากนั้นก๊าซก็ถูกส่งไปยังเครื่องยนต์ - ไปยังกังหัน เทอร์โบปั๊มสูบการไหล แต่ไม่ได้เข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามที่กำหนดตามโครงการ (แน่นอนว่าไม่มีเครื่องปฏิกรณ์ในซากอร์สค์) แต่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ มีการทดสอบทั้งหมด 250 ครั้ง โปรแกรมนี้ประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ เป็นผลให้เราได้รับเครื่องมือที่ใช้งานได้ซึ่งตรงตามข้อกำหนดทั้งหมด การจัดเตรียมการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นเรื่องยากมากขึ้น ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องสร้างทุ่นระเบิดพิเศษและโครงสร้างอื่นๆ ที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ งานขนาดใหญ่ดังกล่าวมักเกี่ยวข้องกับต้นทุนทางการเงินจำนวนมาก และการได้เงินก็ไม่ใช่เรื่องง่ายแม้ในขณะนั้น
อย่างไรก็ตาม การก่อสร้างที่ไซต์ดังกล่าวเริ่มต้นขึ้น แม้ว่าตามข้อมูลของ Belogurov ก็ตาม การก่อสร้างจะดำเนินการ "ในโหมดประหยัด" ต้องใช้เวลาหลายปีในการสร้างเหมืองสองแห่งและสถานที่ให้บริการใต้ดิน ในบังเกอร์คอนกรีตที่ตั้งอยู่ระหว่างเพลามีเครื่องมือที่ละเอียดอ่อนอยู่ ในบังเกอร์อีกแห่งหนึ่งซึ่งอยู่ห่างออกไป 800 เมตร มีแผงควบคุม ในระหว่างการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ห้ามไม่ให้มีคนอยู่ในห้องแรกของห้องเหล่านี้โดยเด็ดขาด ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุ ขาตั้งจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดรังสีอันทรงพลัง
ก่อนการเปิดตัวการทดลอง เครื่องปฏิกรณ์ถูกหย่อนลงในปล่องอย่างระมัดระวังโดยใช้เครนโครงสำหรับตั้งสิ่งของที่ติดตั้งอยู่ด้านนอก (บนพื้นผิวโลก) เพลาเชื่อมต่อกับถังทรงกลม ขุดด้วยหินแกรนิตที่ความลึก 150 เมตร และบุด้วยเหล็ก ก๊าซไฮโดรเจนถูกสูบภายใต้แรงดันสูงเข้าไปใน "อ่างเก็บน้ำ" ที่ผิดปกติ (ไม่มีเงินเพื่อใช้ในรูปของเหลวซึ่งแน่นอนว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า) หลังจากที่เครื่องปฏิกรณ์เริ่มทำงาน ไฮโดรเจนก็เข้าสู่หม้อต้มยูเรเนียมจากด้านล่าง ก๊าซร้อนถึง 3,000 องศาและระเบิดออกมาจากปล่องไฟพร้อมกับกระแสไฟคำราม ไม่มีกัมมันตภาพรังสีที่รุนแรงในกระแสนี้ แต่ในระหว่างวันไม่อนุญาตให้ออกไปข้างนอกภายในรัศมีหนึ่งกิโลเมตรครึ่งจากสถานที่ทดสอบ มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเข้าใกล้เหมืองเป็นเวลาหนึ่งเดือน อุโมงค์ใต้ดินความยาวหนึ่งกิโลเมตรครึ่งที่ได้รับการป้องกันการแทรกซึมของรังสีนำจากเขตปลอดภัยก่อนไปยังบังเกอร์หนึ่งและจากที่นั่นไปยังอีกบังเกอร์ซึ่งอยู่ใกล้กับเหมือง ผู้เชี่ยวชาญเคลื่อนตัวไปตาม "ทางเดิน" อันยาวอันเป็นเอกลักษณ์เหล่านี้
การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์ดำเนินการในปี พ.ศ. 2521-2524 ผลการทดลองยืนยันความถูกต้องของโซลูชันการออกแบบ โดยหลักการแล้ว มีการสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ขึ้นมา สิ่งที่เหลืออยู่คือการเชื่อมต่อทั้งสองส่วนและทำการทดสอบเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ประกอบอย่างครอบคลุม แต่พวกเขาไม่ให้เงินเพื่อสิ่งนี้อีกต่อไป ในช่วงทศวรรษที่ 1980 ยังไม่มีการพิจารณาถึงการใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศในทางปฏิบัติ ไม่เหมาะที่จะปล่อยออกจากโลก เนื่องจากพื้นที่โดยรอบอาจถูกปนเปื้อนรังสีอย่างรุนแรง โดยทั่วไปเครื่องยนต์นิวเคลียร์มีจุดประสงค์เพื่อการใช้งานในอวกาศเท่านั้น แล้วอยู่ในวงโคจรที่สูงมาก (600 กิโลเมตรขึ้นไป) เพื่อให้ยานอวกาศโคจรรอบโลกเป็นเวลาหลายศตวรรษ เพราะ “ระยะเวลาการสัมผัส” ของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์นั้นอยู่ที่อย่างน้อย 300 ปี ตามความเป็นจริงแล้ว ชาวอเมริกันได้พัฒนาเครื่องยนต์ที่คล้ายกันเพื่อการบินไปยังดาวอังคารเป็นหลัก แต่ในช่วงต้นทศวรรษที่แปดสิบต้นๆ ผู้นำประเทศของเรามีความชัดเจนอย่างยิ่ง: การบินไปยังดาวเคราะห์แดงนั้นเกินความสามารถของเรา (เช่นเดียวกับชาวอเมริกัน พวกเขาลดงานนี้ลงด้วย) อย่างไรก็ตาม ในปี 1981 นักออกแบบของเราได้เกิดแนวคิดใหม่ๆ ที่มีแนวโน้มดีขึ้นมา ทำไมไม่ใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์เป็นโรงไฟฟ้าด้วยล่ะ? พูดง่ายๆ คือเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในอวกาศ ในระหว่างการบินโดยมีคนขับ คุณสามารถใช้แกนเลื่อนเพื่อ "ย้าย" หม้อต้มยูเรเนียมออกจากห้องนั่งเล่นซึ่งนักบินอวกาศตั้งอยู่ได้ในระยะไกลถึง 100 เมตร เขาจะบินไปไกลจากสถานี ในเวลาเดียวกัน เราจะได้รับแหล่งพลังงานที่ทรงพลังมากซึ่งจำเป็นสำหรับยานอวกาศและสถานีต่างๆ เป็นเวลา 15 ปีที่ชาว Voronezh พร้อมด้วยนักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์มีส่วนร่วมในการวิจัยที่มีแนวโน้มนี้และทำการทดสอบที่สถานที่ทดสอบ Semipalatinsk ไม่มีเงินทุนจากรัฐบาลเลย และงานทั้งหมดดำเนินการโดยใช้ทรัพยากรของโรงงานและความกระตือรือร้น วันนี้เรามีรากฐานที่มั่นคงมากที่นี่ คำถามเดียวคือการพัฒนาเหล่านี้จะเป็นที่ต้องการหรือไม่
“แน่นอน” นักออกแบบทั่วไป Vladimir Rachuk ตอบอย่างมั่นใจ - ปัจจุบัน สถานีอวกาศ เรือ และดาวเทียมได้รับพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ แต่การผลิตไฟฟ้าในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีราคาถูกกว่ามาก - สองครั้งหรือสามครั้ง นอกจากนี้แผงโซลาร์เซลล์ไม่ทำงานในเงาโลก ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ ซึ่งจะทำให้น้ำหนักของยานอวกาศเพิ่มขึ้นอย่างมาก แน่นอนว่าหากเรากำลังพูดถึงพลังงานขนาดเล็ก เช่น 10-15 กิโลวัตต์ แผงโซลาร์เซลล์ก็ง่ายกว่า แต่เมื่อต้องใช้พื้นที่ 50 กิโลวัตต์ขึ้นไปในอวกาศ ก็เป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ (ซึ่งโดยวิธีการนั้นจะใช้เวลา 10-15 ปี) บนสถานีโคจรหรือยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ เอาล่ะ พูดตามตรง เราไม่นับรวมคำสั่งดังกล่าวจริงๆ แต่ในปี 2553-2563 เครื่องยนต์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าขนาดเล็กจะมีความจำเป็นอย่างมาก
- การติดตั้งนิวเคลียร์ดังกล่าวมีน้ำหนักเท่าใด?
- ถ้าเราพูดถึงเครื่องยนต์ RD-0410 มวลของมันพร้อมกับการป้องกันรังสีและโครงยึดคือสองตัน และแรงขับอยู่ที่ 3.6 ตัน กำไรนั้นชัดเจน เพื่อการเปรียบเทียบ: โปรตอนยก 20 ตันขึ้นสู่วงโคจร และแน่นอนว่าการติดตั้งนิวเคลียร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นจะมีน้ำหนักมากกว่า - อาจจะ 5-7 ตัน แต่ไม่ว่าในกรณีใด เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์จะทำให้สามารถขนส่งสินค้าที่มีมวลมากกว่า 2-2.5 เท่าขึ้นสู่วงโคจรที่อยู่นิ่ง และจะให้พลังงานที่เสถียรแก่ยานอวกาศในระยะยาว

ฉันไม่ได้พูดคุยกับนักออกแบบทั่วไปเกี่ยวกับหัวข้อที่เจ็บปวด - ที่สถานที่ทดสอบเซมิพาลาตินสค์ (ปัจจุบันเป็นอาณาเขตของรัฐอื่น) มีอุปกรณ์โรงงานล้ำค่ามากมายที่ยังไม่ได้ส่งคืนไปยังรัสเซีย ที่นั่นในเหมืองยังมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทดสอบอยู่เครื่องหนึ่งด้วย และเครนโครงสำหรับตั้งสิ่งของยังคงอยู่ที่เดิม มีเพียงการทดสอบเครื่องยนต์นิวเคลียร์เท่านั้นที่ไม่ได้ดำเนินการอีกต่อไป ในรูปแบบการประกอบ ตอนนี้ตั้งอยู่ในพิพิธภัณฑ์โรงงาน รออยู่ในปีก

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

ละครแห่งประวัติศาสตร์อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าหากการวิจัยเกี่ยวกับการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์และการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา ซึ่งถูกหยุดด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจเป็นหลัก ยังคงดำเนินต่อไป เที่ยวบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคารคงกลายเป็นเรื่องปกติไปนานแล้ว

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยเครื่องบินบรรยากาศที่มีเครื่องยนต์นิวเคลียร์แรมเจ็ท

นักออกแบบในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตพิจารณาการติดตั้งนิวเคลียร์แบบ "หายใจ" ที่สามารถดึงอากาศภายนอกและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิมหาศาล อาจเป็นไปได้ว่าหลักการของการสร้างแรงขับนี้ถูกยืมมาจากเครื่องยนต์ ramjet แต่ใช้พลังงานฟิชชันของนิวเคลียสของยูเรเนียมไดออกไซด์ 235 แทนเชื้อเพลิงจรวด

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

เครื่องยนต์ที่พัฒนาขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการดาวพลูโตได้รับการวางแผนที่จะติดตั้งบนขีปนาวุธล่องเรือ ซึ่งในปี 1950 ถูกสร้างขึ้นภายใต้ชื่อ SLAM (ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง, ขีปนาวุธระดับความสูงต่ำเหนือเสียง)

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

นักพัฒนาเชื่อว่าต้องขอบคุณเครื่องยนต์นิวเคลียร์ ระยะการบินของขีปนาวุธสแลมจะอยู่ที่อย่างน้อย 182,000 กิโลเมตร

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

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

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

การออกแบบประกอบด้วยชุดเชื้อเพลิง 37 ชุด หุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนที่แยกออกจากตัวหน่วง 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 เป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ตามโซลูชันทางเทคนิคที่กล่าวอ้างไว้ ช่วยปรับปรุงลักษณะน้ำหนักและขนาด ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ เพิ่มความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ และทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยทั่วไปได้

ลิงค์: