Драматизм истории состоит в том, что если бы остановленные главным образом по экономическим причинам исследования ЯДУ и ЯЭДУ как в СССР, так и в США продолжились, то полёты человека на марс давно бы уже стали обыденным делом.
Всё начиналось с атмосферных летательных аппаратов с прямоточным ядерным двигателем
Конструкторы в США и СССР рассматривали «дышащие» ядерные установки, способные втягивать забортный воздух и разогревать его до колоссальных температур. Вероятно, этот принцип образования тяги был заимствован от прямоточных воздушно-реактивных двигателей, только вместо ракетного топлива использовалась энергия деления атомных ядер диоксида урана 235.
В США такой двигатель разрабатывался в рамках проекта Pluto[1]. Американцы сумели создать два прототипа нового двигателя — Tory-IIA и Tory-IIC, на которых даже производились включения реакторов. Мощность установки должна была составить 600 мегаватт.
Двигатели, разработанные в рамках проекта Pluto, планировалось устанавливать на крылатые ракеты, которые в 1950-х годах создавались под обозначением SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, сверхзвуковая маловысотная ракета).
В США планировали построить ракету длинной 26,8 метра, диаметром три метра, и массой в 28 тонн. В корпусе ракеты должен был располагаться ядерный боезаряд, а также ядерная двигательная установка, имеющая длину 1,6 метра и диаметр 1,5 метра. На фоне других размеров установка выглядела весьма компактной, что и объясняет её прямоточный принцип работы.
Разработчики полагали, что, благодаря ядерному двигателю, дальность полета ракеты SLAM составит, по меньшей мере, 182 тысячи километров.
В 1964 году министерство обороны США проект закрыло. Официальной причиной послужило то, что в полете крылатая ракета с ядерным двигателем слишком сильно загрязняет все вокруг. Но на самом деле причина состояла в значительных затратах на обслуживание таких ракет, тем более к тому времени бурно развивалось ракетостроение на основе жидкостных реактивных ракетных двигателей, обслуживание которых было значительно дешевле.
СССР оставалась верной идеи создания ЯРД прямоточной конструкции значительно дольше, чем США, закрыв проект только в 1985 году [2]. Но и результаты получились значительно весомее. Так, первый и единственный советский ядерный ракетный двигатель был разработан в конструкторском бюро «Химавтоматика», Воронеж. Это РД-0410 (Индекс ГРАУ — 11Б91, известен также как «Ирбит» и «ИР-100»).
В РД-0410 был применён гетерогенный реактор на тепловых нейтронах, замедлителем служил гидрид циркония, отражатели нейтронов — из бериллия, ядерное топливо — материал на основе карбидов урана и вольфрама, с обогащением по изотопу 235 около 80 %.
Конструкция включала в себя 37 тепловыделяющих сборок, покрытых теплоизоляцией, отделявшей их от замедлителя. Проектом предусматривалось, что поток водорода вначале проходил через отражатель и замедлитель, поддерживая их температуру на уровне комнатной, а затем поступал в активную зону, где охлаждал тепловыделяющие сборки, нагреваясь при этом до 3100 К. На стенде отражатель и замедлитель охлаждались отдельным потоком водорода.
Реактор прошёл значительную серию испытаний, но ни разу не испытывался на полную длительность работы. Однако, вне реакторные узлы были отработаны полностью.
Технические характеристики РД 0410
Тяга в пустоте: 3,59 тс (35,2 кН)
Тепловая мощность реактора: 196 МВт
Удельный импульс тяги в пустоте: 910 кгс·с/кг (8927 м/с)
Число включений: 10
Ресурс работы: 1 час
Компоненты топлива: рабочее тело — жидкий водород, вспомогательное вещество — гептан
Масса с радиационной защитой: 2 тонны
Габариты двигателя: высота 3,5 м, диаметр 1,6 м.
Относительно небольшие габаритные размеры и вес, высокая температура ядерного топлива (3100 K) при эффективной системе охлаждения потоком водорода свидетельствует от том, что РД0410 является почти идеальным прототипом ЯРД для современных крылатых ракет. А, учитывая современные технологии получения самоостанавливающегося ядерного топлива, увеличение ресурса с часа до нескольких часов является вполне реальной задачей.
Конструкции ядерных ракетных двигателей
Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — реактивный двигатель, в котором энергия, возникающая при ядерной реакции распада или синтеза, нагревает рабочее тело (чаще всего, водород или аммиак)[3].
Существует три типа ЯРД по виду топлива для реактора:
- твердофазный;
- жидкофазный;
- газофазный.
Наиболее законченным является твердофазный вариант двигателя. На рисунке изображена схема простейшего ЯРД с реактором на твердом ядерном горючем. Рабочее тело располагается во внешнем баке. С помощью насоса оно подается в камеру двигателя. В камере рабочее тело распыляется с помощью форсунок и вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным топливом. Нагреваясь, оно расширяется и с огромной скоростью вылетает из камеры через сопло.
В газофазных ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду), которое, в свою очередь, будучи нагретым до высоких температур и образует реактивную струю.
По типу ядерной реакции различают радиоизотопный ракетный двигатель, термоядерный ракетный двигатель и собственно ядерный двигатель (используется энергия деления ядер).
Интересным вариантом также является импульсный ЯРД — в качестве источника энергии (горючего) предлагается использовать ядерный заряд. Такие установки могут быть внутреннего и внешнего типов.
Основными преимуществами ЯРД являются:
- высокий удельный импульс;
- значительный энергозапас;
- компактность двигательной установки;
- возможность получения очень большой тяги — десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме.
Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки:
- потоки проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны) при ядерных реакциях;
- вынос высокорадиоактивных соединений урана и его сплавов;
- истечение радиоактивных газов с рабочим телом.
Ядерная энергодвигательная установка
Учитывая, что какую-либо достоверную информацию о ЯЭДУ по публикациям, в том числе и из научных статей, получить невозможно, принцип работы таких установок лучше всего рассматривать на примерах открытых патентных материалов, хотя и содержащих ноу-хау.
Так, например, выдающимся российским учёным Коротеевым Анатолием Сазоновичем, автором изобретения по патенту [4], приведено техническое решение по составу оборудования для современной ЯРДУ. Далее привожу часть указанного патентного документа дословно и без комментариев.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, представленной на чертеже. ЯЭДУ, функционирующая в двигательно-энергетическом режиме, содержит электроракетную двигательную установку (ЭРДУ) (на схеме для примера представлено два электроракетных двигателя 1 и 2 с соответствующими системами подачи 3 и 4), реакторную установку 5, турбину 6, компрессор 7, генератор 8, теплообменник-рекуператор 9, вихревую трубку Ранка-Хильша 10, холодильник-излучатель 11. При этом турбина 6, компрессор 7 и генератор 8 объединены в единый агрегат — турбогенератор-компрессор. ЯЭДУ оснащена трубопроводами 12 рабочего тела и электрическими линиями 13, соединяющими генератор 8 и ЭРДУ. Теплообменник-рекуператор 9 имеет так называемые высокотемпературный 14 и низкотемпературный 15 входы рабочего тела, а также высокотемпературный 16 и низкотемпературный 17 выходы рабочего тела.Ссылки:
Выход реакторной установки 5 соединен со входом турбины 6, выход турбины 6 соединен с высокотемпературным входом 14 теплообменника-рекуператора 9. Низкотемпературный выход 15 теплообменника-рекуператора 9 соединен со входом в вихревую трубку Ранка-Хильша 10. Вихревая трубка Ранка-Хильша 10 имеет два выхода, один из которых (по «горячему» рабочему телу) соединен с холодильником-излучателем 11, а другой (по «холодному» рабочему телу) соединен со входом компрессора 7. Выход холодильника-излучателя 11 также соединен со входом в компрессор 7. Выход компрессора 7 соединен с низкотемпературным 15 входом в теплообменник-рекуператор 9. Высокотемпературный выход 16 теплообменника-рекуператора 9 соединен со входом в реакторную установку 5. Таким образом, основные элементы ЯЭДУ связаны между собой единым контуром рабочего тела.
ЯЭДУ работает следующим образом. Нагретое в реакторной установке 5 рабочее тело направляется на турбину 6, которая обеспечивает работу компрессора 7 и генератора 8 турбогенератора-компрессора. Генератор 8 производит генерацию электрической энергии, которая по электрическим линиям 13 направляется к электроракетным двигателям 1 и 2 и их системам подачи 3 и 4, обеспечивая их работу. После выхода из турбины 6 рабочее тело направляется через высокотемпературный вход 14 в теплообменник-рекуператор 9, где осуществляется частичное охлаждение рабочего тела.
Затем, из низкотемпературного выхода 17 теплообменника-рекуператора 9 рабочее тело направляется в вихревую трубку Ранка-Хильша 10, внутри которой происходит разделение потока рабочего тела на «горячую» и «холодную» составляющие. «Горячая» часть рабочего тела далее следует в холодильник-излучатель 11, где происходит эффективное охлаждение этой части рабочего тела. «Холодная» часть рабочего тела следует на вход в компрессор 7, туда же следует после охлаждения часть рабочего тела, выходящая из холодильника-излучателя 11.
Компрессор 7 производит подачу охлажденного рабочего тела в теплообменник-рекуператор 9 через низкотемпературный вход 15. Это охлажденное рабочее тело в теплообменнике-рекуператоре 9 обеспечивает частичное охлаждение встречного потока рабочего тела, поступающего в теплообменник-рекуператор 9 из турбины 6 через высокотемпературный вход 14. Далее, частично подогретое рабочее тело (за счет теплообмена с встречным потоком рабочего тела из турбины 6) из теплообменника-рекуператора 9 через высокотемпературный выход 16 вновь поступает к реакторной установке 5, цикл вновь повторяется.
Таким образом, находящееся в замкнутом контуре единое рабочее тело обеспечивает непрерывную работу ЯЭДУ, причем использование в составе ЯЭДУ вихревой трубки Ранка-Хильша в соответствии с заявляемым техническим решением обеспечивает улучшение массогабаритных характеристик ЯЭДУ, повышает надежность ее работы, упрощает ее конструктивную схему и дает возможность повысить эффективность ЯЭДУ в целом.
1.Ракета, о которой никто не знал.
2.РД-0410.
3.Ядерные ракетные двигатели.
4. RU 2522971
Комментарии (56)
djiggalag
12.07.2018 10:32Для межпланетных перелётах в пределах солнечной системы, чуть ли не идеальное по сути решение. Для вопящих «зелёных» корабль с такой установкой можно было бы выводить за пределы земли обычными ракетами, а вот в космосе уже запускать установку. Но пока не придумали нормальную антирадиационную защиту как от космической радиации, так и от предпологаемого ЯРД о таких полёта остаётся только мечтать.
hdfan2
12.07.2018 11:10Для вопящих «зелёных» корабль с такой установкой можно было бы выводить за пределы земли обычными ракетами, а вот в космосе уже запускать установку.
Только вот есть неиллюзорная опасность, что всё это взорвётся ещё на этапе вывода, и получится приличных размеров грязная бомба. Или не взорвётся, а не до конца отработают движки, и выйти на орбиту не получится.UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 15:30Думается, при желании можно всё это провернуть довольно сейфово. Раз уж мы говорим о запуске корабля по частям, то что мешает запустить весьма лёгкий для современной ракеты объект вместе с защитными кожухами или системой спасения а-ля пилотируемый Союз.
killik
12.07.2018 17:20При выводе на низкую опорную орбиту оно абсолютно безопасно, так как физический запуск реактора еще не произведен, и в активной зоне нет продуктов распада.
Gozdi
12.07.2018 18:00Но пока не придумали нормальную антирадиационную защиту как от космической радиации,
есть хорошие решения, конечно, не "панацея", но и не пресловутые "свинцовые трусы", коими так любят стращать обывателя. Полимеры с плотной упаковкой атомов углерода и водорода + наполнители, типа Бор-11 и т. п. Вдобавок, конструкционные. Неплохо освещено в работах по обитаемым "сферам" проекта Tensegrity
olgerdovich
12.07.2018 23:39И как вы на легких элементах полагаете защищаться от ЭМ излучения, от рентгена и далее в коротковолновую сторону?
Gozdi
12.07.2018 23:46а зачем «сразу и от всего»? экстремумы по высокоэнергетическим частицам достаточно редки + время экспозиции. В пределах солнечной системы, с учетом «погоды на солнце», вполне можно обойтись существующими материалами, не приумножая сущности без нужды.
killik
13.07.2018 18:27Примерно по тому же принципу, как от них защищает атмосфера. Много-много тонких перегородок с большим расстоянием между ними. Подозреваю, пары десятков километров толщины такой брони хватит, чтобы вторичное излучение промахнулось мимо защищаемого ядра, или было поглощено конструкцией брони. Конечно, если это облако пены можно так назвать.
neco
12.07.2018 10:37Не раскрыта тема, хотя может это я не достаточно грамотен, чтобы понять на чем это все такие летает то?
что скрыто под цифрами 1,2,3,4 и зачем ему 13?
DerBad
12.07.2018 10:46Если проводить аналогии, — то ЯРД (не беря во внимание его «грязноту») по простоте и эффективности ближе к обычному ПВРД, в то время как ЯЭДУ больше напоминает ЯСУ АПЛ, с той лишь разницей, что в последних, вырабатываемое электричество крутит «обычные» ходовые электродвигатели. В ЯЭДУ задача электричества — нагреть рабочее тело так же, как это делается в ЯРД. Грубо говоря, на выходе имеем тепловентилятор «Ветерок»)) — натянули нихром, разогрели его электричеством, продули через него рабочее тело, нагрели и вытолкнули через сопло. Летим!)) И почему это мы все ещё до сих пор не на Марсе?)))
Scorobey Автор
12.07.2018 11:471 килограмм урана с обогащением до 4%, используемого в ядерном топливе, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.
9660
13.07.2018 05:41А насколько полно оно выгорает на практике?
coturnix19
13.07.2018 07:49В англо-вики на эту тему внезапно есть статья, хоть и путанная. Судя по ней, на те же самые 4-6% или чуть больше и выгорает. Реакторы на быстрых нейтронах дают цифры до 10% и даже до 20% в некоторых экспериментальных установках, но почему-то получаются себе дороже.
black_semargl
14.07.2018 12:07Всё это хорошо, но не забываем что ресурс работы движка — 1 час.
Вот в режиме реактора — да, можно и до упора.
ni-co
12.07.2018 11:00Вопрос к автору статьи.
Верит ли он в то, что в габариты обычной крылатой ракеты удалось впихнуть ядерный прямоточный двигатель(не силовую энергоустановку)?black_semargl
14.07.2018 12:10Реактор можно сделать хоть в габаритах апельсина. Вопрос исключительно в размерах поверхностей для теплообмена, чтобы снять выделяемую мощность.
MikeVC
12.07.2018 11:12Врятли это применимо для крылатых ракет. Скорее всего просто тогда военные давали деньги на разработку.
А вот для космических тягачей очень хорошая штука.
Выводим груз на низкую опорную орбиту, цепляем таким тягачем и довыводим на целевую орбиту. Ну или тащим к другой планете.vasimv
12.07.2018 23:31Pluto как раз для крылатых ракет разрабатывался. Межконтинентальные баллистические ракеты этот проект сделали не нужных абсолютно — слишком грязно и слишком медленно.
DerBad
12.07.2018 11:52Врятли это применимо для крылатых ракет.
ИМХО ЯРД как и ЯЭДУ в военной сфере — это вариант оружия «судного дня», когда всем уже начхать на экологические последствия использования ЯРД или ЯЭДУ, а на этот день у нас и так припасено всего в избытке. Использовать подобные вещи с обычной БЧ в «повседневной жизни» тоже не вариант — радиоактивное загрязнение местности не позволит. И даже на любой околоземной орбите ЯРД не вариант — радиоактивный выхлоп очень быстро сделает все околоземное пространство непригодным для использования. Так что для ЯРД одно применение — межпланетные перелеты. С ЯЭДУ таких ограничений, связанных с загрязнением всего и вся нет, — осталось совсем немного, — взять и сделать рабочий экземпляр))Skigh
12.07.2018 14:42И даже на любой околоземной орбите ЯРД не вариант — радиоактивный выхлоп очень быстро сделает все околоземное пространство непригодным для использования.
Вы уверены, что по сравнению с естественным радиационным фоном на орбите этот выхлоп будет хотя бы заметен?UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 15:35Не следует путать радиацию и загрязнение радиоактивными изотопами. Первое ничем не мешает летать в космос и возвращаться оттуда, так как облучение не делает подверженный ему объект опасным. А вот если объект весь извозился в радиоактивных отходах — вот тогда беда.
Skigh
12.07.2018 17:11Объем НОО — более триллиона кубических километров. Сколько кораблей с ЯРД нужно запустить, чтобы это пространство сколько-нибудь существенно «загрязнить радиоактивными изотопами»?
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 21:28Зависит от конкретных характеристик двигателей, которые ни я, ни вы не знаете даже близко и того, как эти двигатели используются. Довольно сложно летать по орбите таким образом, чтобы выхлоп всегда улетал на бесконечность, он запросто может либо собираться облаком в некоторой области, либо просто напросто отправиться в атмосферу. Смысла в такой безответственной тупости я не вижу.
Skigh
12.07.2018 22:22Довольно сложно летать по орбите, распыляя существенное количество рабочего тела на характерных для ЯРД скоростях, и при этом оставаться на орбите.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 22:29Скорость рабочего тела, то есть водорода или аммиака, и скорость ядерных отходов при одной и той же температуре — это совершенно разные скорости, это во-первых. Во-вторых, удельный импульс всего-то в ~два раза выше, чем у водородного ЖРД, так что это ядерный движок — это не какое-то волшебное устройство, которое чуть-чуть включается и всё, привет, Плутон.
Wizard_of_light
12.07.2018 22:36Ну, всего-то в два раза выше — это в доведенных до рабочего образца разработках. Теоретический предел эффективного удельного импульса там порядка 10-12 тысяч км/с, когда вся энергия распада тратится на разгон продуктов распада.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 22:3810 тысяч километров в секунду?
Wizard_of_light
12.07.2018 22:49Да. Средняя удельная энергия вынужденного распада урана-235, к примеру, E/m=83 ТДж/кг. Если без релятивистских поправок (которые там ещё малы) V=(2E/m)^1/2=12 884 099 м/с. Примерно 12 тысяч км/с.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 22:51Не понял, это что, передача всей энергии реактора в кинетическую одного единственного атома?
Wizard_of_light
12.07.2018 22:55Нет, это трансформация энергии распада одного килограмма ядерного топлива в кинетическую энергию самого этого килограмма :) Вы, видимо, просто не представляли себе масштаба энергоотдачи в ядерных реакциях.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 23:02Давайте вы выпускнику МФТИ не будете рассказывать про ядерные реакции, окей? =)
Если у килограмма такая скорость, то его импульс составляет те же 12,8 Мкг*м/с. Для объекта в 100000 раз тяжелее, то есть в 100 тонн это означает набор скорости в 128,8 м/с всего за секунду. Как вы этот объект себе представляете?Wizard_of_light
12.07.2018 23:06Это же теоретический предел. Как вы себе представляете сто восемьдесят тонн жидкого кислорода и двадцать тонн жидкого водорода, воспламеняющиеся и вылетающие из ракеты? Видимо, очень постепенно, если это не катастрофа.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 23:10Да там предел вполне понятный — тепловая прочность частей двигателя и способность конструкции/экипажа выдерживать ускорение.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 23:04Не говоря уже о том, насколько идея полной передачи энергии рабочему телу при таком выхлопе призрачно реализуема.
Wizard_of_light
12.07.2018 23:09Не скажите, для взрыволёта «Орион» предполагалась эффективная скорость истечения порядка 2-3 тысяч км/с. КПД, конечно, так себе, по сравнению с теоретическими высотами, но уже кое-что.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 23:12В смысле «истечения», это не тот, который сбрасывал позади себя атомные бомбы?
Wizard_of_light
12.07.2018 23:18Да, не совсем скорость истечения — средний удельный импульс, скорость плазмы от ядерного взрыва должна была быть чуть выше, а скорость испаренного материала щита ниже.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 22:46Допустим, что это ваши 10 км/с. При равных температурах V~1/sqrt(m). Очень оценочно, ядерная кака-бяка имеет массу раз в 50-100 больше, чем водород, стало быть её скорость при выходе их сопла будет в 7-10 раз ниже, то есть больше, чем 1 км/с. Поскольку выхлоп происходит против движения по орбите, то этого вполне может хватить для того, чтобы это тяжёлое соединение потеряло первую космическую или в лучше случае навсегда застряло в полёте вокруг Земли. Я, конечно, понимаю, что существует логика «океан большой, ничего не случится, сливаем в океан», но с радиоактивными соединениями при наличии куда более простых и безопасных технологий я бы всё таки не заигрывал.
Skigh
12.07.2018 22:47Но энергоемкость ядерного топлива огромна. Произвести хотя бы сотню килограммов ядерных отходов и при этом остаться на НОО — нонсенс.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 22:53По первому комментарию решил, что речь об орбитальном околоземном буксире, там шла речь про радиацию на орбите. В дальних полётах — ещё туда-сюда, согласен. Хотя с развитием многоразовых полётов и это приложение выглядит так себе, всё таки топлива на орбиту можно доставить сколько угодно, грубо говоря.
Wizard_of_light
12.07.2018 15:36радиоактивный выхлоп очень быстро сделает все околоземное пространство непригодным для использования
Во-первых, не так быстро, а во-вторых, смотря с какой скоростью истечения двигатели будут применяться. У упомянутого РД-0410 при запуске на низкой околоземной орбите выхлоп бы прямо в атмосферу падал, например. А у «Ориона» в аналогичной ситуации большая часть выхлопа улетала бы с орбиты (и скорее всего вообще из Солнечной системы).
Nick_Shl
12.07.2018 15:44Разве РД-0410 прямоточный??? Википедия говорит рабочее тело — водород. Да и «тяга в пустоте» как бы намекает. Самовосстановление ядерного топлива хорошо, а водород тоже уже научили самовосстанавливаться в баках?
Так что о «более весомых результатах» — смешно. Прямоточный будет летать пока топливо не выгорит, а этот — пока водород не кончится.black_semargl
14.07.2018 12:14Сам двигатель — да, водород для него внешнее рабочее тело.
А что подаваемое из бака — это лишь вариант технической реализации, двигателю в общем без разницы откуда оно берётся.
Можно сделать самолёт с ним и сбросить на Юпитер.
UJIb9I4AnJIbIrUH
12.07.2018 15:58offtop кстати, о ядерных двигателях
Установка модов на KSP, содержащих Thermal Turbojet и Pebble Bed reactor в сочетании с модом на скейлирование деталей делают создание полностью многоразовых ракет (ну, за исключением обтекателя) гораздо более простым занятием. Я с лёгкостью собрал двухступенчатую ракету массой всего 280 тонн для вывода аппарата в 10 тонн на орбиту Муны и при этом посадил обе ступени на Кербин, при этом первая ступень не выходила на орбиту Кербина, только на суборбитальную траекторию, а вторая была разгонным блоком, который обеспечил всё выведение на полярную орбиту Муны. И это при очень большом запасе по массе ПН, можно было бы куда больше забросить на туже орбиту.
В общем, если хочется собрать многоразовую ракету с вменяемой ПН и чтобы она не весила под две тысячи тонн — советую поискать эти моды.
SergeyMax
12.07.2018 22:52Спасибо за интересную статью. Возникло два вопроса:
Конструкторы в США и СССР рассматривали «дышащие» ядерные установки, способные втягивать забортный воздух и разогревать его до колоссальных температур
Правильно ли я понял, что колоссальная температура здесь по сути ограничена температурой плавления ядерного топлива?
ЯРД топливо (например, уран) и рабочее тело находится в газообразном состоянии (в виде плазмы) и удерживается в рабочей зоне электромагнитным полем. Нагретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передает тепло рабочему телу (например, водороду),
А здесь вообще непонятно. Если уран в виде плазмы, и водород в виде плазмы, тогда почему один из них удерживается, а второй — нет? Существовал ли работающий прототип такого двигателя, или это просто идея из патента?Nubus
13.07.2018 02:44Необязательно нагревать рабочее тело до температуры плазмы. А ядерное топливо можно и в жидком состоянии удерживать, температура кипения урана 3800+C, там ограничением будет температура плавления удерживающих структур.
Smbdy_kiev
13.07.2018 13:39температура кипения урана 3800+C
Я так полагаю, речь о «нармальных условиях». А что там в реакторе с давлением, гравитацией и т.п.
Существовал ли работающий прототип такого двигателя
Прототип не видел, а вот идея живёт:
ссылка на ютуб, отрывок фильма Пассажиры (2016)black_semargl
14.07.2018 12:18Практически все материалы при разогреве хоть ещё и не плавятся, но становятся весьма пластичными (ту же ковку железа вспомнить), так что тут граница именно этим определяться будет
teecat
13.07.2018 11:21В статье не совсем верно написано назначение девайса. Это не просто ракета, а барражирующая ракета. Для того и ЯРД. Она должна была очень долго кружить в воздухе. Неуничтожимая угроза.
По поводу ЯРД и космоса. Как говорил наш преподаватель (а так получилось, что моя специализация как раз ЯРД) — ЯРД будет, когда будут базы на Луне (забавно, что при таком отношении выпускали каждый год группу по этой специальности). То есть проблема не создать установку, а довести ее надежность как минимум до двух девяток. А это испытания и возможные заражения окружающей среды
И по «Вероятно, этот принцип образования тяги был заимствован от прямоточных воздушно-реактивных двигателей». Скорее атмосферный ЯРД ближе к ТРД. А вот космический к РДТТ по причинам связанным с охлаждениям
black_semargl
14.07.2018 12:35Основными преимуществами ЯРД являются:
- высокий удельный импульс;
- значительный энергозапас;
- компактность двигательной установки;
- возможность получения очень большой тяги — десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме.
Основным недостатком является высокая радиационная опасность двигательной установки
К сожалению, всё не так здорово.
Высокий удельный импульс получается только при использовании водорода — а он требует весьма тяжелого бака. Нетрудно посчитать, что для того чтобы РД-0410 отработал свой час — бак водорода должен иметь размер с ITS первой версии, который 12м диаметром и весом в сотни тонн. Которые естественно придётся вычесть из веса ПН — и в итоге выигрыш по сравнению с кислород-водородным ЖРД не так уж и велик.
Если же использовать как рабочее тело воду/аммиак/углеводороды — то тут мы недотянем даже до обычных керосиновых движков. Но зато такое рабочее тело можно набрать прямо в космосе. Собственно, такой движок даже на песке работать будет — расплавит и испарит.
Что касается ЯЭДУ как привода ионных и т.п. электрических движков — то примерно в пределах пояса астероидов она проигрывает по мощности на килограмм массы (с учётом веса теплоносителя и радиаторов) обычным солнечным батареям.
Smbdy_kiev
Спасибо, познавательно. Но не совсем ясно с электричеством. Зачем? Что находится в баках 3-4 и зачем там электричество? Если всё же без электричества никак, то почему бы не крутить турбину частью «выхлопа»? Возможно, я не осознаю масштабы (объёмы вырабатываемого электричества, тяга и пр..), но не ясно, откуда профит в такой системе. Можете разъяснить, пожалуйста?
Scorobey Автор
С самого начала предполагалось, что разнесение источника энергии и ускоряемого вещества позволит обеспечить высокую скорость истечения рабочего тела (РТ), а также и меньшую массу космического аппарата (КА) за счёт снижения массы хранимого рабочего тела. Действительно, в сравнении с другими ракетными двигателями ЭРД позволяют значительно увеличить срок активного существования (САС) КА, существенно при этом снизив массу двигательной установки (ДУ), что, соответственно, позволяет увеличить полезную нагрузку, либо улучшить массо-габаритные характеристики самого КА.
killik
Разве аббревиатура САС применительно к КА не означает устоявшееся выражение «система аварийного спасения»?