في كثير من الأحيان في المنشورات التعليمية العامة حول علم الفضاء ، لا يتم تمييز الفرق بين محرك الصواريخ النووية (NRE) ونظام الدفع الكهربائي للصواريخ النووية (YEDU). ومع ذلك ، فإن هذه الاختصارات لا تخفي فقط الاختلاف في مبادئ تحويل الطاقة النووية إلى قوة دفع الصواريخ ، ولكن أيضًا التاريخ الدرامي للغاية لتطور رواد الفضاء.
إن الطبيعة الدرامية للتاريخ هي أنه إذا توقف البحث عن التسمم والتسمم النووي في كل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة الأمريكية ، وتوقف بشكل أساسي لأسباب اقتصادية ، فإن الرحلات البشرية إلى المريخ ستصبح شائعة منذ فترة طويلة.
بدأ كل شيء بطائرة جوية ذات شفط طبيعي
فكر المصممون في الولايات المتحدة والاتحاد السوفييتي في "تنفس" المنشآت النووية التي يمكنها سحب الهواء الخارجي وتسخينه إلى درجات حرارة هائلة. على الأرجح ، تم اقتراض مبدأ تكوين الدفع هذا من المحركات النفاثة ، ولكن بدلاً من وقود الصواريخ ، تم استخدام طاقة الانشطار لثاني أكسيد اليورانيوم 235.
في الولايات المتحدة ، تم تطوير مثل هذا المحرك كجزء من مشروع بلوتو [1]. تمكن الأمريكيون من إنشاء نموذجين أوليين للمحرك الجديد - Tory-IIA و Tory-IIC ، حيث تم تشغيل المفاعلات. كانت قوة التركيب 600 ميجاوات.
تم التخطيط لتركيب المحركات التي تم تطويرها في إطار مشروع بلوتو على صواريخ كروز ، والتي تم إنشاؤها في الخمسينيات من القرن العشرين تحت اسم SLAM (صاروخ Supersonic Low Altitude ، صاروخ فوق صوتي منخفض الارتفاع).
في الولايات المتحدة ، خططوا لبناء صاروخ بطول 26.8 مترًا وقطر ثلاثة أمتار ووزن 28 طنًا. كان يجب وضع رأس حربي نووي ، بالإضافة إلى نظام دفع نووي ، بطول 1.6 متر وقطر 1.5 متر ، في جسم الصاروخ. على خلفية الأحجام الأخرى ، بدا التثبيت مضغوطًا للغاية ، مما يفسر مبدأ التشغيل المباشر للتدفق.
يعتقد المطورون أنه بفضل المحرك النووي ، سيكون نطاق طيران صاروخ SLAM على الأقل 182 ألف كيلومتر.
في عام 1964 ، أغلقت وزارة الدفاع الأمريكية المشروع. كان السبب الرسمي هو أنه أثناء الطيران ، يلوث صاروخ كروز يعمل بالطاقة النووية كل شيء حوله كثيرًا. ولكن في الواقع ، كان السبب هو تكاليف الصيانة الكبيرة لمثل هذه الصواريخ ، خاصة وأن علم الصواريخ الذي يعتمد على محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل كانت تتطور بسرعة ، وكانت صيانتها أرخص بكثير.
ظل الاتحاد السوفييتي وفيا لفكرة إنشاء محرك يعمل بالطاقة النووية بالتدفق المباشر لفترة أطول بكثير من الولايات المتحدة الأمريكية ، بعد أن أغلق المشروع فقط في عام 1985 [2]. لكن النتائج كانت أكثر أهمية. لذا ، تم تطوير محرك الصواريخ النووية السوفياتي الأول والوحيد في مكتب التصميم Himavtomatika ، فورونيج. هذا هو RD-0410 (مؤشر GRAU - 11B91 ، المعروف أيضًا باسم "Irbit" و "IR-100").
تم استخدام مفاعل نيوتروني حراري غير متجانس في RD-0410 ، وتم استخدام هيدريد الزركونيوم كمُوسِّط ، وكانت عاكسات النيوترون مصنوعة من البريليوم ، وكان الوقود النووي مادة تستند إلى كربيد اليورانيوم والتنغستن ، مع حوالي 80 ٪ تخصيب لـ 235 نظيرًا.
تضمن التصميم 37 مجموعة وقود مغلفة بعزل حراري فصلها عن الوسيط. قدم المشروع أن تدفق الهيدروجين مر في البداية من خلال العاكس والوسيط ، مع الحفاظ على درجة حرارتهما على مستوى الغرفة ، ثم دخل المنطقة النشطة ، حيث قام بتبريد تجميعات الوقود ، وتسخين حتى 3100 ك. في الحامل ، تم تبريد العاكس والوسيط بواسطة تيار هيدروجين منفصل.
اجتاز المفاعل سلسلة كبيرة من الاختبارات ، ولكن لم يتم اختباره أبدًا طوال مدة العمل. ومع ذلك ، خارج وحدات المفاعل تم تطويرها بالكامل.
الخصائص التقنية للمواصفة RD 0410Deadlift: 3.59 tf (35.2 kN)
الطاقة الحرارية للمفاعل: 196 ميغاواط
الاندفاع النوعي للدفع في الفراغ: 910 kgf · s / kg (8927 m / s)
عدد الادراج: 10
مورد العمل: 1 ساعة
مكونات الوقود: سائل العمل - الهيدروجين السائل ، سواغ - هيبتان
الوزن مع الحماية من الإشعاع: 2 طن
أبعاد المحرك: الارتفاع 3.5 م ، القطر 1.6 م.
إن الأبعاد والوزن الكلي الصغير نسبيًا ، ودرجة الحرارة العالية للوقود النووي (3100 كلفن) مع نظام تبريد فعال بواسطة تيار من الهيدروجين يشهد على حقيقة أن RD0410 هو نموذج أولي مثالي للصواريخ التي تعمل بالطاقة النووية لصواريخ كروز الحديثة. وبالنظر إلى التقنيات الحديثة لإنتاج وقود نووي ذاتي التوقف ، فإن زيادة الموارد من ساعة إلى عدة ساعات هي مهمة حقيقية للغاية.
تصميمات محركات الصواريخ النووية
محرك الصواريخ النووية (NRE) هو محرك نفاث تقوم فيه الطاقة الناشئة عن تفاعل الانشطار النووي أو تفاعل الاندماج بتسخين مائع العمل (في أغلب الأحيان ، الهيدروجين أو الأمونيا) [3].
هناك ثلاثة أنواع من NRE حسب نوع الوقود للمفاعل:
- المرحلة الصلبة
- المرحلة السائلة
- مرحلة الغاز.
الأكثر اكتمالا هو نسخة المرحلة الصلبة من المحرك. يوضح الشكل مخططًا لأبسط NRE مع مفاعل وقود نووي صلب. يقع سائل العمل في خزان خارجي. باستخدام المضخة ، يتم إدخالها في حجرة المحرك. في الغرفة ، يتم رش مائع العمل بمساعدة الفوهات ويتلامس مع الوقود النووي المولّد للحرارة. عندما يسخن ، فإنه يتوسع بسرعة كبيرة ويطير من الغرفة من خلال الفوهة.
في المرحلة الغازية غير المباشرة ، يكون الوقود (على سبيل المثال ، اليورانيوم) ومائع العمل في حالة غازية (في شكل بلازما) ويتم الاحتفاظ بها في منطقة العمل بواسطة مجال كهرومغناطيسي. عند تسخينها إلى عشرات الآلاف من الدرجات ، تنقل بلازما اليورانيوم الحرارة إلى سائل العمل (على سبيل المثال ، الهيدروجين) ، والذي يتم تسخينه بدوره إلى درجات حرارة عالية ويشكل تيارًا نفاثًا.
وفقًا لنوع التفاعل النووي ، يتم استخدام محرك صاروخي للنظائر المشعة ومحرك صاروخي حراري نووي ومحرك نووي مناسب (يتم استخدام طاقة الانشطار النووي).
خيار مثير للاهتمام هو أيضًا NRE النبضي - يقترح استخدام شحنة نووية كمصدر للطاقة (الوقود). يمكن أن تكون هذه التركيبات من أنواع داخلية أو خارجية.
المزايا الرئيسية لـ NRE هي:- دفعة محددة عالية
- احتياطي طاقة كبير
- نظام الدفع المضغوط
- إمكانية الحصول على قوة سحب عالية للغاية - عشرات ومئات وآلاف الأطنان في الفراغ.
العيب الرئيسي هو خطر الإشعاع العالي لنظام الدفع:- اختراق تدفقات الإشعاع (أشعة غاما والنيوترونات) أثناء التفاعلات النووية ؛
- إزالة المركبات المشعة للغاية من اليورانيوم وسبائكه ؛
- انتهاء صلاحية الغازات المشعة بسائل عامل.
محطة الطاقة النووية
وبالنظر إلى أنه من المستحيل الحصول على أي معلومات موثوقة حول التسمم النووي من المنشورات ، بما في ذلك من المقالات العلمية ، فمن الأفضل مشاهدة مبدأ تشغيل هذه المرافق باستخدام أمثلة على مواد براءات الاختراع المفتوحة ، على الرغم من أنها تحتوي على الدراية.
لذا ، على سبيل المثال ، يقدم العالم الروسي المتميز كوروتييف أناتولي سازونوفيتش ، مؤلف الاختراع وفقًا لبراءة الاختراع [4] ، حلاً تقنيًا لتكوين معدات لأنظمة الدفع النووية الحديثة.
بعد ذلك ، أقتبس جزءًا من وثيقة براءة الاختراع المذكورة حرفياً وبدون تعليق.
يتم توضيح جوهر الحل التقني المقترح من خلال المخطط الموضح في الرسم. يحتوي محرك الطاقة النووية الذي يعمل في وضع طاقة الطاقة على نظام دفع صاروخي كهربائي (ERP) (يوضح الرسم البياني ، على سبيل المثال ، محركين صاروخين كهربائيين 1 و 2 مع أنظمة التغذية المقابلة 3 و 4) ، وحدة مفاعل 5 ، توربين 6 ، ضاغط 7 ، مولد 8 ، مبادل حراري - recuperator 9 ، رتبة Hilsh vortex tube 10 ، مبرد المبرد 11. علاوة على ذلك ، يتم دمج التوربين 6 ، الضاغط 7 والمولد 8 في وحدة واحدة - ضاغط التوربيني. تم تجهيز NEDU بخطوط أنابيب 12 من سائل العمل وخطوط الكهرباء 13 التي تربط المولد 8 ونظام الدفع الكهربائي. يحتوي المبادل الحراري - المبرد 9 على ما يسمى بـ 14 درجة حرارة عالية ودرجة حرارة منخفضة 15 مدخلات من مائع العمل ، بالإضافة إلى درجة حرارة عالية 16 ودرجة حرارة منخفضة 17 مخرجات من سائل العمل.
يتم توصيل خرج وحدة المفاعل 5 بإدخال التوربين 6 ، ويتم توصيل خرج التوربين 6 بإدخال درجة الحرارة العالية 14 لمبادل الحرارة-المبادل 9. يتم توصيل خرج درجة الحرارة المنخفضة 15 من مبادل الحرارة-المبرد 9 بمدخل أنبوب دوامة مرتبة- Hilsch 10. أحدهما (عبر سائل العمل "الساخن") متصل بباعث الثلاجة 11 ، والآخر (بواسطة سائل العمل "البارد") متصل بإدخال الضاغط 7. يتم توصيل إخراج باعث الثلاجة 11 أيضًا بالمدخل إلى الضاغط 7. إخراج التيار يتم توصيل الياي 7 بمدخل 15 درجة حرارة منخفضة لمبادل حراري مبادل 9. يتم توصيل خرج درجة الحرارة العالية 16 لمبادل حراري - مبادل 9 إلى المدخل بوحدة المفاعل 5. وبالتالي ، يتم توصيل العناصر الرئيسية لنظام الطاقة النووية بدائرة واحدة من مائع العمل.
يعمل YaEDU على النحو التالي. يتم توجيه السائل العامل المسخن في تركيب المفاعل 5 إلى التوربين 6 ، والذي يوفر تشغيل الضاغط 7 والمولد 8 لضاغط التوربيني. يولد المولد 8 الطاقة الكهربائية ، التي يتم إرسالها عبر الخطوط الكهربائية 13 لمحركات الصواريخ الكهربائية 1 و 2 وأنظمة الإمداد الخاصة بهم 3 و 4 ، مما يضمن تشغيلها. بعد الخروج من التوربين 6 ، يتم توجيه مائع العمل من خلال مدخل درجة حرارة عالية 14 إلى مبادل حراري - مبادل 9 ، حيث يتم تبريد مائع العمل جزئيًا.
بعد ذلك ، من المخرج ذي درجة الحرارة المنخفضة 17 لمبادل الحرارة-المبرد 9 ، يتم إرسال مائع العمل إلى أنبوب دوامة Rank-Hilsch vortex 10 ، حيث ينقسم تدفق مائع العمل إلى مكونات "ساخنة" و "باردة". ثم يتبع الجزء "الساخن" من مائع العمل إلى باعث الثلاجة 11 ، حيث يوجد تبريد فعال لهذا الجزء من مائع العمل. يتبع الجزء "البارد" من مائع العمل مدخل الضاغط 7 ، ويتبع أيضًا جزء التبريد من مائع العمل الذي يترك باعث الثلاجة 11.
يقدم الضاغط 7 سائل العمل المبرد إلى مبادل الحرارة-المبرد 9 من خلال مدخل درجة الحرارة المنخفضة 15. يوفر سائل العمل المبرد في مبادل الحرارة-المبرد 9 تبريدًا جزئيًا للتدفق القادم لسوائل العمل التي تدخل إلى مبادل الحرارة-المبرد 9 من التوربين 6 خلال مدخل درجة الحرارة العالية 14. بعد ذلك ، سائل العمل المسخن جزئيًا (بسبب التبادل الحراري مع التدفق القادم لسائل العمل من التوربين 6) من المبادل الحراري - جهاز الاسترداد 9 من خلال منفذ درجة الحرارة العالية 16 ، يعود مرة أخرى إلى المفاعل في الإعداد 5 ، تتكرر الدورة مرة أخرى.
وبالتالي ، فإن سائل عمل واحد موجود في حلقة مغلقة يضمن التشغيل المستمر لنظام الطاقة النووية ، واستخدام أنبوب دوامة رانك-هيلش كجزء من نظام الطاقة النووية وفقًا للحل التقني المزعوم يحسن خصائص الكتلة والحجم لنظام الطاقة النووية ، ويحسن موثوقيته ، ويبسط تصميمه ويجعل من الممكن زيادة فعالية التسمم النووي بشكل عام.
المراجع:
1.
صاروخ لم يعرفه أحد.2.
RD-0410.3.
محركات الصواريخ النووية.4.
RU 2522971