परमाणु रॉकेट इंजन और परमाणु रॉकेट विद्युत प्रणोदन प्रणाली

अक्सर अंतरिक्ष यात्रियों पर सामान्य शैक्षिक प्रकाशनों में, एक परमाणु रॉकेट इंजन (एनआरई) और एक परमाणु रॉकेट विद्युत प्रणोदन प्रणाली (YEDU) के बीच अंतर नहीं होता है। हालाँकि, ये संक्षिप्तीकरण नाभिकीय ऊर्जा को रॉकेट प्रणोदन की शक्ति में रूपांतरित करने के सिद्धांतों में न केवल अंतर को छिपाता है, बल्कि अंतरिक्ष यात्रियों के विकास का बहुत ही नाटकीय इतिहास भी है।

इतिहास की नाटकीय प्रकृति यह है कि अगर यूएसएसआर और यूएसए दोनों में जहर और परमाणु विषाक्तता पर शोध मुख्य रूप से आर्थिक कारणों से बंद हो गया, तो मंगल ग्रह पर मानव उड़ानें बहुत पहले आम हो गई हैं।

यह सभी स्वाभाविक रूप से वायुमंडलीय वायुमंडलीय विमानों के साथ शुरू हुआ

संयुक्त राज्य अमेरिका और यूएसएसआर में डिजाइनरों ने "साँस लेना" परमाणु प्रतिष्ठानों पर विचार किया जो बाहरी हवा में आकर्षित कर सकते हैं और इसे बड़े तापमान पर गर्म कर सकते हैं। संभवतः, थ्रस्ट फॉर्मेशन के इस सिद्धांत को रैमजेट इंजन से उधार लिया गया था, लेकिन रॉकेट ईंधन के बजाय, यूरेनियम डाइऑक्साइड 235 की विखंडन ऊर्जा का उपयोग किया गया था।

अमेरिका में, इस तरह के इंजन को प्लूटो परियोजना [1] के हिस्से के रूप में विकसित किया गया था। अमेरिकियों ने नए इंजन के दो प्रोटोटाइप बनाने में कामयाबी की - टोरी-आईआईए और टोरी-आईआईसी, जिस पर रिएक्टर भी स्विच किए गए थे। स्थापना की शक्ति 600 मेगावाट होनी थी।


प्लूटो परियोजना के तहत विकसित किए गए इंजनों को क्रूज मिसाइलों पर स्थापित करने की योजना बनाई गई थी, जो 1950 के दशक में पदनाम SLAM (सुपरसोनिक कम ऊंचाई वाली मिसाइल, सुपरसोनिक कम ऊंचाई वाली मिसाइल) के तहत बनाई गई थीं।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, उन्होंने 26.8 मीटर लंबा, तीन मीटर व्यास वाला एक रॉकेट बनाने और 28 टन वजन करने की योजना बनाई। एक परमाणु वारहेड, साथ ही एक परमाणु प्रणोदन प्रणाली, जिसकी लंबाई 1.6 मीटर और 1.5 मीटर का व्यास है, को मिसाइल शरीर में स्थित होना चाहिए था। अन्य आकारों की पृष्ठभूमि के खिलाफ, इंस्टॉलेशन बहुत कॉम्पैक्ट लग रहा था, जो ऑपरेशन के अपने प्रत्यक्ष-प्रवाह सिद्धांत की व्याख्या करता है।

डेवलपर्स का मानना ​​था कि, परमाणु इंजन की बदौलत, SLAM रॉकेट की उड़ान सीमा कम से कम 182 हजार किलोमीटर होगी।

1964 में, अमेरिकी रक्षा विभाग ने परियोजना को बंद कर दिया। आधिकारिक कारण यह था कि उड़ान में, एक परमाणु-संचालित क्रूज मिसाइल अपने चारों ओर बहुत कुछ प्रदूषित करती है। लेकिन वास्तव में, कारण इस तरह की मिसाइलों की महत्वपूर्ण रखरखाव लागत थी, सभी उस समय तक तरल-प्रणोदक रॉकेट इंजनों पर आधारित रॉकेट विज्ञान तेजी से विकसित हो रहा था, जिसका रखरखाव बहुत सस्ता था।

यूएसएसआर संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में एक प्रत्यक्ष-प्रवाह परमाणु-संचालित इंजन बनाने के विचार के लिए सही रहा, केवल 1985 [2] में परियोजना को बंद कर दिया। लेकिन परिणाम बहुत अधिक महत्वपूर्ण थे। तो, पहली और एकमात्र सोवियत परमाणु रॉकेट इंजन हिमवोटोमिका डिजाइन ब्यूरो, वोरोनिश में विकसित किया गया था। यह RD-0410 (GRAU Index - 11B91, जिसे "इर्बिट" और "IR-100") के रूप में भी जाना जाता है।

RD-0410 में एक विषम थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर का उपयोग किया गया था, जिरकोनियम हाइड्राइड एक मॉडरेटर था, न्यूट्रॉन रिफ्लेक्टर बेरिलियम से बने थे, परमाणु ईंधन यूरेनियम और टंगस्टन कार्बाइड पर आधारित एक सामग्री थी, जिसमें लगभग 80% 235 का संवर्धन था।

डिजाइन में थर्मल इन्सुलेशन के साथ लेपित 37 ईंधन असेंबलियां शामिल थीं जो उन्हें मॉडरेटर से अलग करती थीं। इस परियोजना की परिकल्पना की गई कि हाइड्रोजन स्ट्रीम शुरू में रिफ्लेक्टर और मॉडरेटर के माध्यम से गुजरती है, कमरे के स्तर पर उनके तापमान को बनाए रखती है, और फिर सक्रिय क्षेत्र में प्रवेश करती है, जहां यह ईंधन असेंबलियों को ठंडा करती है, 3100 K तक गर्म होती है। स्टैंड पर, रिफ्लेक्टर और मॉडरेटर एक अलग हाइड्रोजन स्ट्रीम द्वारा ठंडा किया गया था।

रिएक्टर ने परीक्षणों की एक महत्वपूर्ण श्रृंखला पारित की, लेकिन काम की पूरी अवधि के लिए कभी भी परीक्षण नहीं किया गया था। हालांकि, रिएक्टर इकाइयों के बाहर पूरी तरह से विकसित किया गया था।

आरडी 0410 की तकनीकी विशेषताएं

डेडलिफ्ट: 3.59 tf (35.2 kN)
रिएक्टर की थर्मल पावर: 196 मेगावाट
शून्य में विशिष्ट आवेग: 910 kgf · s / kg (8927 m / s)
निष्कर्ष की संख्या: 10
कार्य संसाधन: 1 घंटे
ईंधन घटक: काम कर रहे तरल पदार्थ - तरल हाइड्रोजन, excipient - heptane
विकिरण सुरक्षा के साथ वजन: 2 टन
इंजन आयाम: ऊंचाई 3.5 मीटर, व्यास 1.6 मीटर।



अपेक्षाकृत छोटे समग्र आयाम और वजन, हाइड्रोजन की एक धारा द्वारा एक प्रभावी शीतलन प्रणाली के साथ परमाणु ईंधन (3100 K) का उच्च तापमान इस तथ्य की गवाही देता है कि RD0410 आधुनिक क्रूज मिसाइलों के लिए परमाणु-संचालित रॉकेटों का लगभग आदर्श प्रोटोटाइप है। और, आत्म-रोक परमाणु ईंधन के उत्पादन के लिए आधुनिक तकनीकों को देखते हुए, संसाधन को एक घंटे से कई घंटे तक बढ़ाना एक बहुत ही वास्तविक कार्य है।

परमाणु रॉकेट इंजन डिजाइन

एक परमाणु रॉकेट इंजन (एनआरई) एक जेट इंजन है जिसमें एक परमाणु विखंडन या संलयन प्रतिक्रिया से उत्पन्न होने वाली ऊर्जा काम कर रहे द्रव (सबसे अधिक बार, हाइड्रोजन या अमोनिया) को गर्म करती है [3]।

रिएक्टर के लिए ईंधन के प्रकार से तीन प्रकार के एनआरई हैं:

• ठोस चरण;
• तरल चरण;
• गैस चरण।

सबसे पूर्ण इंजन का ठोस-चरण संस्करण है। आंकड़ा एक ठोस परमाणु ईंधन रिएक्टर के साथ सबसे सरल एनआरई का एक आरेख दिखाता है। काम करने वाला तरल पदार्थ एक बाहरी टैंक में स्थित है। एक पंप का उपयोग करके, इसे इंजन कक्ष में खिलाया जाता है। कक्ष में, काम कर रहे तरल पदार्थ को नोजल की सहायता से छिड़का जाता है और गर्मी पैदा करने वाले परमाणु ईंधन के संपर्क में आता है। गर्म होने पर, यह फैलता है और बड़ी तेजी के साथ नोजल के माध्यम से कक्ष से बाहर निकलता है।



गैस-चरण एनआरई में, ईंधन (उदाहरण के लिए, यूरेनियम) और काम कर रहे तरल पदार्थ गैसीय अवस्था (प्लाज्मा के रूप में) में होते हैं और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा कार्य क्षेत्र में होते हैं। हजारों डिग्री तक गरम, यूरेनियम प्लाज्मा काम करने वाले तरल पदार्थ (उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन) में गर्मी स्थानांतरित करता है, जो बदले में, उच्च तापमान तक गरम होता है और एक जेट स्ट्रीम बनाता है।

परमाणु प्रतिक्रिया के प्रकार के अनुसार, एक रेडियो आइसोटोप रॉकेट इंजन, एक थर्मोन्यूक्लियर रॉकेट इंजन, और एक परमाणु इंजन का उचित उपयोग किया जाता है (परमाणु विखंडन ऊर्जा का उपयोग किया जाता है)।

एक दिलचस्प विकल्प एक स्पंदित एनआरई भी है - यह एक ऊर्जा (ईंधन) स्रोत के रूप में परमाणु चार्ज का उपयोग करने का प्रस्ताव है। इस तरह की स्थापना आंतरिक या बाहरी प्रकार की हो सकती है।

एनआरई के मुख्य लाभ हैं:

• उच्च विशिष्ट आवेग;
• महत्वपूर्ण ऊर्जा आरक्षित;
• कॉम्पैक्ट प्रणोदन प्रणाली;
• एक वैक्यूम में बहुत अधिक कर्षण - दसियों, सैकड़ों और हजारों टन प्राप्त करने की संभावना।

मुख्य नुकसान प्रणोदन प्रणाली का उच्च विकिरण खतरा है:

• परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान विकिरण प्रवाह (गामा विकिरण, न्यूट्रॉन);
• यूरेनियम और इसके मिश्र धातुओं के अत्यधिक रेडियोधर्मी यौगिकों को हटाना;
• एक काम कर रहे तरल पदार्थ के साथ रेडियोधर्मी गैसों की समाप्ति।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र

यह देखते हुए कि प्रकाशनों से परमाणु विषाक्तता के बारे में कोई भी विश्वसनीय जानकारी प्राप्त करना असंभव है, जिसमें वैज्ञानिक लेख भी शामिल हैं, इस तरह की सुविधाओं के संचालन का सिद्धांत खुले पेटेंट सामग्री के उदाहरणों का उपयोग करते हुए सबसे अच्छा देखा जाता है, हालांकि पता नहीं कैसे।

इसलिए, उदाहरण के लिए, बकाया रूसी वैज्ञानिक कोरोटीव अनातोली सज़ोनोविच, पेटेंट [4] के अनुसार आविष्कार के लेखक, आधुनिक परमाणु प्रणोदन प्रणाली के लिए उपकरणों की संरचना के लिए एक तकनीकी समाधान प्रदान करते हैं। इसके बाद, मैं उक्त पेटेंट दस्तावेज़ के भाग का उद्धरण करता हूँ और टिप्पणी के बिना।

प्रस्तावित तकनीकी समाधान का सार ड्राइंग में दिखाई गई योजना द्वारा चित्रित किया गया है। एक पॉवर-एनर्जी मोड में चलने वाले एक न्यूक्लियर पावर इंजन में एक इलेक्ट्रिक रॉकेट प्रोपल्शन सिस्टम (ERP) (डायग्राम शो, उदाहरण के लिए, दो इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन 1 और 2 में संबंधित फीड सिस्टम 3 और 4), एक रिएक्टर यूनिट 5, एक टर्बाइन 6, एक कंप्रेसर 7, एक जनरेटर 8 शामिल हैं। हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9, रैंक-हिल्श भंवर ट्यूब 10, कूलर-रेडिएटर 11. इसके अलावा, टरबाइन 6, कंप्रेसर 7 और जनरेटर 8 को एक एकल इकाई - एक टर्बोगेनेर-कंप्रेसर में जोड़ा जाता है। NEDU जनरेटर 8 और विद्युत प्रणोदन प्रणाली को जोड़ने वाली कार्यशील तरल और विद्युत लाइनों 13 की पाइपलाइन 12 से सुसज्जित है। हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 में तथाकथित उच्च तापमान 14 और काम के तरल पदार्थ के कम तापमान 15 इनपुट के साथ-साथ उच्च तापमान 16 और कम तापमान 17 काम करने वाले तरल पदार्थ के आउटपुट हैं।

रिएक्टर यूनिट 5 का आउटपुट टरबाइन 6 के इनलेट से जुड़ा होता है, टरबाइन 6 का आउटपुट हीट एक्सचेंजर-रिकुपरेटर के हाई-टेम्परेचर 14 से जुड़ा होता है। हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 का लो-टेम्परेचर आउटपुट 15 रैंक-हिल्श भंवर ट्यूब 10 के प्रवेश द्वार से जुड़ा होता है। रैंक-हिल्स वर्टेक्स ट्यूब जिनमें से एक ("गर्म" कामकाजी तरल पदार्थ के साथ) रेफ्रिजरेटर-एमिटर 11 से जुड़ा है, और दूसरा ("ठंडा" काम करने वाले तरल पदार्थ) कंप्रेसर 7 के इनपुट से जुड़ा है। फ्रिज-एमिटर 11 का आउटपुट भी कंप्रेसर 7. इनपुट से जुड़ा है। स्प्रिंग 7 हीट एक्सचेंजर-रिकंउपरेटर 9 के निम्न-तापमान 15 इनलेट से जुड़ा हुआ है। हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 का उच्च-तापमान आउटपुट रिएक्टर यूनिट 5 से इनलेट से जुड़ा हुआ है। इस प्रकार, परमाणु ऊर्जा प्रणाली के मुख्य तत्व कार्यशील तरल पदार्थ के एकल सर्किट द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं।

YaEDU निम्नानुसार काम करता है। रिएक्टर इंस्टॉलेशन 5 में काम कर रहे तरल पदार्थ को टरबाइन 6 को निर्देशित किया जाता है, जो कंप्रेसर 7 के संचालन और टर्बोगेनरेटर-कंप्रेसर के जनरेटर 8 को प्रदान करता है। जेनरेटर 8 विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है, जिसे विद्युत लाइनों 13 के माध्यम से इलेक्ट्रिक रॉकेट इंजन 1 और 2 में भेजा जाता है और उनकी आपूर्ति प्रणाली 3 और 4, उनके संचालन को सुनिश्चित करती है। टरबाइन 6 से बाहर निकलने के बाद, काम कर रहे तरल पदार्थ को एक उच्च तापमान इनलेट 14 के माध्यम से एक हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 के लिए निर्देशित किया जाता है, जहां काम करने वाला द्रव आंशिक रूप से ठंडा होता है।

फिर, हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 के निम्न-तापमान आउटलेट 17 से, कार्यशील तरल को रैंक-हिल्स्क भंवर ट्यूब 10 पर भेजा जाता है, जिसके अंदर काम कर रहे तरल पदार्थ के प्रवाह को "गर्म" और "ठंडा" घटकों में विभाजित किया जाता है। काम करने वाले तरल पदार्थ का "गर्म" हिस्सा तब रेफ्रिजरेटर-एमिटर 11 का अनुसरण करता है, जहां काम करने वाले तरल पदार्थ के इस हिस्से का एक प्रभावी शीतलन होता है। काम कर रहे तरल पदार्थ का "ठंडा" भाग कंप्रेसर 7 के प्रवेश द्वार का अनुसरण करता है, काम करने वाले तरल पदार्थ का ठंडा हिस्सा रेफ्रिजरेटर-एमिटर 11 को छोड़ता है।

कंप्रेसर 7 कम-तापमान इनलेट के माध्यम से हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 को ठंडा काम करने वाले द्रव को वितरित करता है। हीट-एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 में काम करने वाला यह ठंडा तरल पदार्थ उच्च-तापमान इनलेट के माध्यम से टरबाइन 6 से हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 में प्रवेश करने वाले कार्यशील तरल के आंशिक प्रवाह को प्रदान करता है। अगला। आंशिक रूप से गर्म काम करने वाला तरल पदार्थ (टरबाइन 6 से कार्यशील तरल पदार्थ के एक आने वाले प्रवाह के साथ गर्मी विनिमय के कारण) उच्च तापमान आउटलेट 16 के माध्यम से हीट एक्सचेंजर-रिकॉपरेटर 9 से फिर से रिएक्टर पर जाता है 5 सेट करने में, चक्र फिर से दोहराता है।

इस प्रकार, बंद लूप में स्थित एक एकल कार्यशील द्रव परमाणु ऊर्जा प्रणाली के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करता है, और दावा किए गए तकनीकी समाधान के अनुसार परमाणु ऊर्जा प्रणाली के हिस्से के रूप में रैंक-हिल्श भंवर ट्यूब का उपयोग परमाणु ऊर्जा प्रणाली के समग्र आयामों में सुधार प्रदान करता है, इसके संचालन की विश्वसनीयता बढ़ाता है, इसके डिजाइन को सरल बनाता है और इसे बढ़ाना संभव बनाता है। सामान्य रूप से परमाणु विषाक्तता की प्रभावशीलता।

संदर्भ:

1. एक ऐसा रॉकेट जिसके बारे में कोई नहीं जानता था।

2. आरडी -0410।

3. परमाणु रॉकेट इंजन।

4. आरयू 2522971