Alexandru Losev
Dezvoltarea rapidă a tehnologiei rachetelor și spațiale în secolul al XX-lea a fost determinată de obiectivele și interesele militar-strategice, politice și, într-o anumită măsură, ideologice ale celor două superputeri - URSS și SUA, iar toate programele spațiale de stat au fost un continuarea proiectelor lor militare, unde sarcina principală a fost nevoia de a asigura capacitatea de apărare și paritatea strategică cu un potențial inamic. Costul creării echipamentelor și costurile operaționale nu aveau o importanță fundamentală atunci. Au fost alocate resurse enorme pentru crearea de vehicule de lansare și nave spațiale, iar zborul de 108 minute al lui Yuri Gagarin în 1961 și transmisiunea de televiziune a lui Neil Armstrong și Buzz Aldrin de la suprafața Lunii în 1969 nu au fost doar triumfuri ale științifice și tehnice. credeau că au fost considerate și victorii strategice în bătăliile din Războiul Rece.
Dar după ce Uniunea Sovietică s-a prăbușit și a renunțat la cursa pentru conducerea mondială, oponenții săi geopolitici, în primul rând Statele Unite, nu au mai avut nevoie să implementeze proiecte spațiale prestigioase, dar extrem de costisitoare, pentru a demonstra lumii întregi superioritatea economiei occidentale. sistem și concepte ideologice.
În anii '90, principalele sarcini politice din anii precedenți și-au pierdut relevanța, confruntarea blocurilor a fost înlocuită de globalizare, pragmatismul a predominat în lume, astfel că majoritatea programelor spațiale au fost restrânse sau amânate; doar ISS a rămas ca moștenire din proiectele de anvergură ale trecutul. În plus, democrația occidentală a făcut ca toate programele guvernamentale costisitoare să depindă de ciclurile electorale.
Sprijinul alegătorilor, necesar pentru a câștiga sau a menține puterea, obligă politicienii, parlamentele și guvernele să se încline spre populism și să rezolve probleme pe termen scurt, astfel încât cheltuielile pentru explorarea spațiului sunt reduse an de an.
Majoritatea descoperirilor fundamentale au fost făcute în prima jumătate a secolului al XX-lea, iar astăzi știința și tehnologia au atins anumite limite, în plus, popularitatea cunoștințelor științifice a scăzut în întreaga lume, iar calitatea predării matematicii, fizicii și a altor lucruri naturale. științele s-au deteriorat. Acesta a devenit motivul stagnării, inclusiv în sectorul spațial, din ultimele două decenii.
Dar acum devine evident că lumea se apropie de sfârșitul unui alt ciclu tehnologic bazat pe descoperirile secolului trecut. Prin urmare, orice putere care va poseda tehnologii fundamental noi promițătoare în momentul schimbării structurii tehnologice globale va asigura automat liderul global pentru cel puțin următorii cincizeci de ani.
Proiectarea fundamentală a unui motor de propulsie nucleară cu hidrogen ca fluid de lucru
Acest lucru se realizează atât în Statele Unite, care au stabilit un curs pentru renașterea măreției americane în toate sferele de activitate, cât și în China, care contestă hegemonia americană, cât și în Uniunea Europeană, care încearcă din toate puterile să să-și mențină ponderea în economia globală.
Există o politică industrială acolo și sunt serios implicați în dezvoltarea propriului potențial științific, tehnic și de producție, iar sfera spațială poate deveni cel mai bun teren de testare pentru testarea noilor tehnologii și pentru demonstrarea sau infirmarea ipotezelor științifice care pot pune bazele. pentru crearea unei tehnologii fundamental diferite, mai avansate a viitorului.
Și este firesc să ne așteptăm ca Statele Unite să fie prima țară în care proiectele de explorare a spațiului adânc vor fi reluate pentru a crea tehnologii inovatoare unice în domeniul armelor, transporturilor și materialelor structurale, precum și în biomedicină și telecomunicații.
Adevărat, nici măcar SUA nu este garantat succesul în crearea de tehnologii revoluționare. Există un risc mare de a ajunge într-o fundătură atunci când se îmbunătățesc motoare de rachete vechi de o jumătate de secol bazate pe combustibil chimic, așa cum face SpaceX de la Elon Musk, sau când se creează sisteme de susținere a vieții pentru zboruri lungi, similare celor deja implementate pe ISS.
Poate Rusia, a cărei stagnare în sectorul spațial devine din ce în ce mai vizibilă în fiecare an, să facă un salt în cursa pentru ca viitoarea conducere tehnologică să rămână în clubul superputerilor, și nu pe lista țărilor în curs de dezvoltare?
Da, desigur, Rusia poate și, în plus, un pas înainte a fost deja făcut în energia nucleară și în tehnologiile motoarelor de rachete nucleare, în ciuda subfinanțării cronice a industriei spațiale.
Viitorul astronauticii este utilizarea energiei nucleare. Pentru a înțelege modul în care tehnologia nucleară și spațiul sunt conectate, este necesar să se ia în considerare principiile de bază ale propulsiei cu reacție.
Deci, principalele tipuri de motoare spațiale moderne sunt create pe principiile energiei chimice. Acestea sunt acceleratoare cu combustibil solid și motoare rachete lichide, în camerele lor de ardere componentele combustibilului (combustibil și oxidant) intră într-o reacție de combustie fizică și chimică exotermă, formând un curent jet care ejectează tone de substanță din duza motorului în fiecare secundă. Energia cinetică a fluidului de lucru al jetului este transformată într-o forță reactivă suficientă pentru a propulsa racheta. Impulsul specific (raportul dintre forța generată și masa combustibilului utilizat) al unor astfel de motoare chimice depinde de componentele combustibilului, de presiunea și temperatura din camera de ardere, precum și de greutatea moleculară a amestecului gazos ejectat prin duza motorului.
Și cu cât temperatura substanței și presiunea din interiorul camerei de ardere sunt mai mari și cu cât masa moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul specific este mai mare și, prin urmare, eficiența motorului. Impulsul specific este o cantitate de mișcare și este de obicei măsurat în metri pe secundă, la fel ca viteza.
În motoarele chimice, cel mai mare impuls specific este furnizat de amestecurile de combustibil oxigen-hidrogen și fluor-hidrogen (4500–4700 m/s), dar cele mai populare (și convenabile de operat) au devenit motoarele-rachetă care funcționează cu kerosen și oxigen, pt. de exemplu, rachetele Soyuz și Musk's Falcon, precum și motoarele care utilizează dimetilhidrazină nesimetrică (UDMH) cu un oxidant sub formă de amestec de tetroxid de azot și acid azotic (proton sovietic și rusesc, francez Ariane, american Titan). Eficiența lor este de 1,5 ori mai mică decât cea a motoarelor cu hidrogen, dar un impuls de 3000 m/s și puterea sunt destul de suficiente pentru a face rentabilă din punct de vedere economic lansarea de tone de sarcină utilă pe orbitele apropiate de Pământ.
Dar zborurile către alte planete necesită nave spațiale mult mai mari decât orice a creat omenirea anterior, inclusiv ISS modulară. În aceste nave este necesar să se asigure existența autonomă pe termen lung a echipajelor și o anumită aprovizionare cu combustibil și durata de viață a principalelor motoare și motoare pentru manevre și corectarea orbitei, pentru a asigura livrarea astronauților într-un modul special de aterizare. la suprafața altei planete și întoarcerea lor pe nava principală de transport și apoi și întoarcerea expediției pe Pământ.
Cunoștințele de inginerie acumulate și energia chimică a motoarelor fac posibilă întoarcerea pe Lună și ajungerea pe Marte, așa că există o mare probabilitate ca omenirea să viziteze Planeta Roșie în următorul deceniu.
Dacă ne bazăm doar pe tehnologiile spațiale existente, atunci masa minimă a modulului locuibil pentru un zbor cu echipaj uman către Marte sau către sateliții lui Jupiter și Saturn va fi de aproximativ 90 de tone, adică de 3 ori mai mult decât navele lunare de la începutul anilor 1970. , ceea ce înseamnă că vehiculele de lansare pentru lansarea lor pe orbite de referință pentru un zbor ulterioară către Marte vor fi mult superioare Saturn 5 (greutate de lansare 2965 tone) al proiectului lunar Apollo sau transportatorului sovietic Energia (greutate de lansare 2400 tone). Va fi necesar să se creeze un complex interplanetar pe orbită cu o greutate de până la 500 de tone. Un zbor pe o navă interplanetară cu motoare cu rachete chimice va necesita de la 8 luni la 1 an doar într-o singură direcție, deoarece va trebui să faceți manevre gravitaționale, folosind forța gravitațională a planetelor și o rezervă colosală de combustibil pentru a accelera suplimentar nava. .
Dar folosind energia chimică a motoarelor de rachete, omenirea nu va zbura mai departe de orbita lui Marte sau a lui Venus. Avem nevoie de viteze diferite de zbor ale navelor spațiale și de altă energie de mișcare mai puternică.
Design modern al unui motor de rachetă nucleară Princeton Satellite Systems
Pentru a explora spațiul adânc, este necesar să creștem semnificativ raportul tracțiune-greutate și eficiența motorului rachetei și, prin urmare, să creștem impulsul specific și durata de viață a acestuia. Și pentru a face acest lucru, este necesar să încălziți un gaz sau o substanță fluidă de lucru cu masă atomică scăzută în interiorul camerei motorului la temperaturi de câteva ori mai mari decât temperatura de ardere chimică a amestecurilor de combustibil tradiționale, iar acest lucru se poate face folosind o reacție nucleară.
Dacă, în locul unei camere de ardere convenționale, un reactor nuclear este plasat în interiorul unui motor rachetă, în zona activă a căreia este furnizată o substanță sub formă lichidă sau gazoasă, atunci acesta, încălzit la presiune ridicată până la câteva mii de grade, va începe. pentru a fi ejectat prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Impulsul specific al unui astfel de motor nuclear cu reacție va fi de câteva ori mai mare decât cel al unuia convențional cu componente chimice, ceea ce înseamnă că eficiența atât a motorului în sine, cât și a vehiculului de lansare în ansamblu va crește de multe ori. În acest caz, nu va fi necesar un oxidant pentru arderea combustibilului, iar hidrogenul gazos ușor poate fi utilizat ca substanță care creează propulsie de jet; știm că cu cât masa moleculară a gazului este mai mică, cu atât impulsul va fi mai mare, iar acest lucru va fi foarte mare. reduceți masa rachetei cu o putere mai bună a motorului.
Un motor nuclear va fi mai bun decât unul convențional, deoarece în zona reactorului gazul ușor poate fi încălzit la temperaturi care depășesc 9 mii de grade Kelvin, iar un jet de astfel de gaz supraîncălzit va oferi un impuls specific mult mai mare decât poate oferi motoarele chimice convenționale. . Dar asta este în teorie.
Pericolul nici măcar nu este ca atunci când este lansat un vehicul de lansare cu o astfel de instalație nucleară, poate apărea contaminarea radioactivă a atmosferei și spațiului din jurul rampei de lansare; principala problemă este că la temperaturi ridicate motorul însuși, împreună cu nava spațială, poate topi. Designerii și inginerii înțeleg acest lucru și încearcă de câteva decenii să găsească soluții potrivite.
Motoarele de rachete nucleare (NRE) au deja propria lor istorie de creare și funcționare în spațiu. Prima dezvoltare a motoarelor nucleare a început la mijlocul anilor 1950, adică chiar înainte de zborul uman în spațiu și aproape simultan atât în URSS, cât și în SUA, și însăși ideea de a folosi reactoare nucleare pentru a încălzi funcționarea. substanța într-un motor de rachetă s-a născut împreună cu primii rectori la mijlocul anilor 40, adică acum mai bine de 70 de ani.
În țara noastră, inițiatorul creării propulsiei nucleare a fost fizicianul termic Vitali Mikhailovici Ievlev. În 1947, a prezentat un proiect care a fost susținut de S. P. Korolev, I. V. Kurchatov și M. V. Keldysh. Inițial, s-a planificat utilizarea unor astfel de motoare pentru rachete de croazieră și apoi instalarea lor pe rachete balistice. Dezvoltarea a fost întreprinsă de principalele birouri de proiectare a apărării din Uniunea Sovietică, precum și de institutele de cercetare NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Motorul nuclear sovietic RD-0410 a fost asamblat la mijlocul anilor ’60 la Biroul de proiectare a automatelor chimice Voronezh, unde au fost create majoritatea motoarelor de rachete lichide pentru tehnologia spațială.
RD-0410 a folosit hidrogen ca fluid de lucru, care sub formă lichidă a trecut printr-o „manta de răcire”, eliminând excesul de căldură de pe pereții duzei și împiedicând-o să se topească, apoi a intrat în miezul reactorului, unde a fost încălzit la 3000K și eliberat prin duzele canalului, transformând astfel energia termică în energie cinetică și creând un impuls specific de 9100 m/s.
În SUA, proiectul de propulsie nucleară a fost lansat în 1952, iar primul motor de funcționare a fost creat în 1966 și a fost numit NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). În anii 60 și 70, Uniunea Sovietică și Statele Unite au încercat să nu cedeze reciproc.
Adevărat, atât RD-0410-ul nostru, cât și NERVA american au fost motoare cu propulsie nucleară în fază solidă (combustibilul nuclear pe bază de carburi de uraniu era în stare solidă în reactor), iar temperatura lor de funcționare era în intervalul 2300-3100K.
Pentru a crește temperatura miezului fără riscul de explozie sau topire a pereților reactorului, este necesar să se creeze astfel de condiții de reacție nucleară în care combustibilul (uraniul) se transformă în stare gazoasă sau se transformă în plasmă și este menținut în interiorul reactorului. printr-un câmp magnetic puternic, fără a atinge pereții. Și apoi hidrogenul care intră în miezul reactorului „curge în jurul” uraniului în fază gazoasă și, transformându-se în plasmă, este ejectat cu o viteză foarte mare prin canalul duzei.
Acest tip de motor se numește motor de propulsie nucleară în fază gazoasă. Temperaturile combustibilului gazos de uraniu din astfel de motoare nucleare pot varia de la 10 mii la 20 mii de grade Kelvin, iar impulsul specific poate ajunge la 50.000 m/s, care este de 11 ori mai mare decât cel al celor mai eficiente motoare cu rachete chimice.
Crearea și utilizarea motoarelor de propulsie nucleară în fază gazoasă de tipuri deschise și închise în tehnologia spațială este cea mai promițătoare direcție în dezvoltarea motoarelor de rachete spațiale și exact ceea ce umanitatea are nevoie pentru a explora planetele Sistemului Solar și sateliții lor.
Primele cercetări privind proiectul de propulsie nucleară în fază gazoasă au început în URSS în 1957 la Institutul de Cercetare a Proceselor Termice (Centrul Național de Cercetare numit după M. V. Keldysh), și decizia de a dezvolta centrale nucleare spațiale bazate pe reactoare nucleare în fază gazoasă. a fost realizat în 1963 de academicianul V. P. Glushko (NPO Energomash), apoi aprobat printr-o rezoluție a Comitetului Central al PCUS și a Consiliului de Miniștri al URSS.
Dezvoltarea motoarelor de propulsie nucleară în fază gazoasă a fost realizată în Uniunea Sovietică timp de două decenii, dar, din păcate, nu a fost niciodată finalizată din cauza finanțării insuficiente și a necesității unor cercetări fundamentale suplimentare în domeniul termodinamicii combustibilului nuclear și a plasmei de hidrogen, fizica neutronilor si magnetohidrodinamica.
Oamenii de știință nucleari sovietici și inginerii de proiectare s-au confruntat cu o serie de probleme, cum ar fi atingerea criticității și asigurarea stabilității funcționării unui reactor nuclear în fază gazoasă, reducerea pierderii de uraniu topit în timpul eliberării hidrogenului încălzit la câteva mii de grade, protecție termică. a duzei și a generatorului de câmp magnetic și acumularea de produse de fisiune a uraniului, selecția materialelor de construcție rezistente chimic etc.
Și când vehiculul de lansare Energia a început să fie creat pentru programul sovietic Mars-94 pentru primul zbor cu echipaj către Marte, proiectul motorului nuclear a fost amânat pe termen nelimitat. Uniunea Sovietică nu a avut suficient timp și, cel mai important, voință politică și eficiență economică, pentru a ateriza cosmonauții noștri pe planeta Marte în 1994. Aceasta ar fi o realizare incontestabilă și o dovadă a liderului nostru în domeniul tehnologiei înalte în următoarele câteva decenii. Dar spațiul, ca multe alte lucruri, a fost trădat de ultima conducere a URSS. Istoria nu poate fi schimbată, oamenii de știință și inginerii plecați nu pot fi readuși înapoi, iar cunoștințele pierdute nu pot fi restaurate. Multe vor trebui create din nou.
Dar energia nucleară spațială nu se limitează doar la sfera motoarelor de propulsie nucleară în fază solidă și gazoasă. Energia electrică poate fi folosită pentru a crea un flux încălzit de materie într-un motor cu reacție. Această idee a fost exprimată pentru prima dată de Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky în 1903 în lucrarea sa „Explorarea spațiilor lumii folosind instrumente cu reacție”.
Iar primul motor de rachetă electrotermic din URSS a fost creat în anii 1930 de Valentin Petrovici Glushko, viitor academician al Academiei de Științe a URSS și șeful NPO Energia.
Principiile de funcționare ale motoarelor electrice cu rachete pot fi diferite. Ele sunt de obicei împărțite în patru tipuri:
- electrotermic (încălzire sau arc electric). În ele, gazul este încălzit la temperaturi de 1000–5000K și ejectat din duză în același mod ca într-un motor de rachetă nucleară.
- motoarele electrostatice (coloidale și ionice), în care substanța de lucru este mai întâi ionizată, iar apoi ionii pozitivi (atomi lipsiți de electroni) sunt accelerați într-un câmp electrostatic și sunt, de asemenea, ejectați prin canalul duzei, creând tracțiunea jetului. Motoarele electrostatice includ și motoarele cu plasmă staționare.
- magnetoplasmă și motoare rachete magnetodinamice. Acolo, plasma de gaz este accelerată datorită forței Ampere în câmpurile magnetice și electrice care se intersectează perpendicular.
- motoarele cu rachete cu impulsuri, care folosesc energia gazelor rezultate din evaporarea unui fluid de lucru într-o descărcare electrică.
Avantajul acestor motoare electrice de rachetă este consumul redus de fluid de lucru, eficiența de până la 60% și viteza mare de curgere a particulelor, care poate reduce semnificativ masa navei spațiale, dar există și un dezavantaj - densitatea scăzută de tracțiune și, prin urmare, putere redusă, precum și costul ridicat al fluidului de lucru (gaze inerte sau vapori de metale alcaline) pentru a crea plasmă.
Toate tipurile de motoare electrice enumerate au fost implementate în practică și au fost utilizate în mod repetat în spațiu atât pe navele spațiale sovietice, cât și pe cele americane încă de la mijlocul anilor ’60, dar datorită puterii lor reduse au fost folosite în principal ca motoare de corectare a orbitei.
Din 1968 până în 1988, URSS a lansat o serie întreagă de sateliți Cosmos cu instalații nucleare la bord. Tipurile de reactoare au fost denumite: „Buk”, „Topaz” și „Yenisei”.
Reactorul proiectului Yenisei avea o putere termică de până la 135 kW și o putere electrică de aproximativ 5 kW. Lichidul de răcire a fost o topitură de sodiu-potasiu. Acest proiect a fost încheiat în 1996.
Un motor de rachetă cu propulsie reală necesită o sursă foarte puternică de energie. Și cea mai bună sursă de energie pentru astfel de motoare spațiale este un reactor nuclear.
Energia nucleară este una dintre industriile high-tech în care țara noastră își menține o poziție de lider. Și un motor de rachetă fundamental nou este deja creat în Rusia și acest proiect este aproape de finalizare cu succes în 2018. Testele de zbor sunt programate pentru 2020.
Și dacă propulsia nucleară în fază gazoasă este un subiect pentru deceniile viitoare la care va trebui revenit după cercetări fundamentale, atunci alternativa sa de astăzi este un sistem de propulsie nucleară de clasă megawați (NPPU) și a fost deja creat de Rosatom și Întreprinderile Roscosmos din 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, care este în prezent singurul dezvoltator și producător de centrale nucleare spațiale din lume, precum și Centrul de cercetare numit după A. M. V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, Institutul de Cercetare NPO „Luch”, „Institutul Kurchatov”, IRM, IPPE, RIAR și NPO Mashinostroeniya.
Sistemul de propulsie nucleară include un reactor nuclear cu neutroni rapid, răcit cu gaz, la temperatură înaltă, cu un sistem de turbomașină pentru conversia energiei termice în energie electrică, un sistem de emițătoare frigorifice pentru îndepărtarea excesului de căldură în spațiu, un compartiment de instrumente, un bloc de susținere. motoare electrice cu plasmă sau ioni și un container pentru a găzdui sarcina utilă.
Într-un sistem de propulsie, un reactor nuclear servește ca sursă de energie electrică pentru funcționarea motoarelor electrice cu plasmă, în timp ce lichidul de răcire cu gaz al reactorului care trece prin miez intră în turbina generatorului și compresorului electric și se întoarce înapoi în reactor în o buclă închisă și nu este aruncată în spațiu ca într-un motor de propulsie nucleară, ceea ce face ca designul să fie mai fiabil și mai sigur și, prin urmare, potrivit pentru zborul spațial cu echipaj.
Este planificat ca centrala nucleară să fie folosită pentru un remorcher spațial reutilizabil pentru a asigura livrarea mărfurilor în timpul explorării Lunii sau crearea de complexe orbitale multifuncționale. Avantajul va fi nu numai utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport (pe care Elon Musk încearcă să le realizeze în proiectele sale spațiale SpaceX), ci și capacitatea de a livra de trei ori mai multă marfă decât pe rachete cu motoare cu reacție chimice de putere comparabilă. prin reducerea masei de lansare a sistemului de transport . Designul special al instalației o face sigură pentru oameni și mediul de pe Pământ.
În 2014, primul element de combustibil de proiectare standard (element de combustibil) pentru acest sistem de propulsie electrică nucleară a fost asamblat la JSC Mashinostroitelny Zavod din Elektrostal, iar în 2016 au fost efectuate teste ale unui simulator de coș de miez de reactor.
Acum (în 2017) se lucrează la fabricarea elementelor structurale de instalare și testare a componentelor și ansamblurilor pe machete, precum și testarea autonomă a sistemelor de conversie a energiei turbomașinilor și a unităților de putere prototip. Finalizarea lucrărilor este programată pentru sfârșitul anului 2018, însă, din 2015, restanța de program a început să se acumuleze.
Deci, de îndată ce această instalație va fi creată, Rusia va deveni prima țară din lume care deține tehnologii spațiale nucleare, care vor sta la baza nu numai pentru proiectele viitoare de explorare a sistemului solar, ci și pentru energia terestră și extraterestră. . Centralele nucleare spațiale pot fi folosite pentru a crea sisteme pentru transmiterea de la distanță a energiei electrice pe Pământ sau către modulele spațiale folosind radiații electromagnetice. Și aceasta va deveni și o tehnologie avansată a viitorului, unde țara noastră va avea o poziție de lider.
Pe baza motoarelor electrice cu plasmă aflate în curs de dezvoltare, vor fi create sisteme de propulsie puternice pentru zborurile umane pe distanțe lungi în spațiu și, în primul rând, pentru explorarea lui Marte, a cărui orbită poate fi atinsă în doar 1,5 luni, și nu în mai mult de un an, ca atunci când se utilizează motoare cu reacție chimice convenționale.
Iar viitorul începe întotdeauna cu o revoluție a energiei. Si nimic altceva. Energia este primară și este cantitatea de energie consumată care afectează progresul tehnic, capacitatea de apărare și calitatea vieții oamenilor.
Motor experimental de rachetă cu plasmă NASA
Astrofizicianul sovietic Nikolai Kardashev a propus o scară de dezvoltare a civilizațiilor încă din 1964. Conform acestei scale, nivelul de dezvoltare tehnologică a civilizațiilor depinde de cantitatea de energie pe care populația planetei o folosește pentru nevoile sale. Astfel, civilizația de tip I folosește toate resursele disponibile disponibile pe planetă; Civilizația de tip II - primește energia stelei sale în sistemul în care se află; iar o civilizație de tip III folosește energia disponibilă a galaxiei sale. Omenirea nu s-a maturizat încă la civilizația de tip I la această scară. Folosim doar 0,16% din rezerva totală de energie potențială a planetei Pământ. Aceasta înseamnă că Rusia și întreaga lume au loc să crească, iar aceste tehnologii nucleare vor deschide calea țării noastre nu numai către spațiu, ci și către prosperitatea economică viitoare.
Și, poate, singura opțiune pentru Rusia în sfera științifică și tehnică este să facă acum o descoperire revoluționară în tehnologiile spațiale nucleare pentru a depăși decalajul de mulți ani în spatele liderilor într-un singur „salt” și a fi chiar la originile o nouă revoluție tehnologică în următorul ciclu de dezvoltare a civilizației umane. O astfel de șansă unică revine unei anumite țări doar o dată la câteva secole.
Din păcate, Rusia, care nu a acordat suficientă atenție științelor fundamentale și calității învățământului superior și secundar în ultimii 25 de ani, riscă să piardă pentru totdeauna această șansă dacă programul este restrâns și o nouă generație de cercetători nu îi înlocuiește pe actualii oameni de știință și ingineri. Provocările geopolitice și tehnologice cu care se va confrunta Rusia în 10-12 ani vor fi foarte serioase, comparabile cu amenințările de la mijlocul secolului XX. Pentru a păstra în viitor suveranitatea și integritatea Rusiei, acum este urgent să începem formarea de specialiști capabili să răspundă acestor provocări și să creeze ceva fundamental nou.
Sunt doar aproximativ 10 ani pentru a transforma Rusia într-un centru intelectual și tehnologic global, iar acest lucru nu se poate face fără o schimbare serioasă a calității educației. Pentru o descoperire științifică și tehnologică, este necesar să se revină sistemului de învățământ (atât școlar, cât și universitar) opinii sistematice asupra imaginii lumii, fundamentalității științifice și integrității ideologice.
În ceea ce privește stagnarea actuală din industria spațială, acest lucru nu este înfricoșător. Principiile fizice pe care se bazează tehnologiile spațiale moderne vor fi solicitate mult timp în sectorul serviciilor convenționale prin satelit. Să ne amintim că omenirea a folosit vele timp de 5,5 mii de ani, iar epoca aburului a durat aproape 200 de ani, iar abia în secolul al XX-lea lumea a început să se schimbe rapid, pentru că a avut loc o altă revoluție științifică și tehnologică, care a lansat un val de inovație. și o schimbare a structurilor tehnologice, care a schimbat în cele din urmă atât economia mondială, cât și politica. Principalul lucru este să fii la originile acestor schimbări [email protected] ,
site: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html
Vă puteți abona la versiunea electronică a revistei Arsenalul Patriei folosind link-ul.
Costul abonamentului anual -
12.000 de ruble.
Deja la sfârșitul acestui deceniu, o navă spațială cu propulsie nucleară pentru călătorii interplanetare ar putea fi creată în Rusia. Și acest lucru va schimba dramatic situația atât în spațiul apropiat Pământului, cât și pe Pământul însuși.
Centrala nucleară (NPP) va fi gata de zbor în 2018. Acest lucru a fost anunțat de directorul Centrului Keldysh, academician Anatoly Koroteev. „Trebuie să pregătim primul eșantion (a unei centrale nucleare de clasă megawați. – Nota Expert Online) pentru testele de zbor în 2018. Dacă va zbura sau nu, este o altă problemă, poate fi o coadă, dar trebuie să fie pregătită să zboare”, a relatat RIA Novosti cuvintele sale. Cele de mai sus înseamnă că unul dintre cele mai ambițioase proiecte sovieto-ruse în domeniul explorării spațiului intră în faza de implementare practică imediată.
Esența acestui proiect, ale cărui rădăcini se întorc la mijlocul secolului trecut, este aceasta. Acum, zborurile în spațiul apropiat de Pământ sunt efectuate pe rachete care se mișcă din cauza arderii combustibilului lichid sau solid în motoarele lor. În esență, acesta este același motor ca într-o mașină. Doar într-o mașină benzina, atunci când este arsă, împinge pistoanele în cilindri, transferându-și energia prin ele către roți. Și într-un motor de rachetă, arderea kerosenului sau a heptilului împinge direct racheta înainte.
În ultima jumătate de secol, această tehnologie de rachetă a fost perfecționată în întreaga lume până în cel mai mic detaliu. Dar oamenii de știință în rachete înșiși recunosc că . Îmbunătățire - da, este necesară. Încercarea de a crește sarcina utilă a rachetelor de la actualele 23 de tone la 100 și chiar 150 de tone pe baza motoarelor cu ardere „îmbunătățite” - da, trebuie să încercați. Dar aceasta este o fundătură din punct de vedere evolutiv. " Indiferent cât de mult lucrează specialiștii în motoare de rachete din întreaga lume, efectul maxim pe care îl obținem va fi calculat în fracțiuni de procent. În linii mari, totul a fost stors din motoarele de rachete existente, fie ele lichide sau solide, iar încercările de a crește forța și impulsul specific sunt pur și simplu zadarnice. Sistemele de propulsie nucleară oferă o creștere de mai multe ori. Folosind exemplul unui zbor spre Marte, acum este nevoie de un an și jumătate până la doi ani pentru a zbura acolo și înapoi, dar va fi posibil să zburați în două până la patru luni „- fostul șef al Agenției Spațiale Federale Ruse a evaluat situația la un moment dat Anatoly Perminov.
Prin urmare, în 2010, președintele de atunci al Rusiei și acum prim-ministru Dmitri Medvedev Până la sfârșitul acestui deceniu, s-a dat ordin de creare în țara noastră a unui modul de transport spațial și energie bazat pe o centrală nucleară de clasă megawați. Este planificată alocarea a 17 miliarde de ruble de la bugetul federal, Roscosmos și Rosatom pentru dezvoltarea acestui proiect până în 2018. 7,2 miliarde din această sumă au fost alocate corporației de stat Rosatom pentru crearea unei centrale reactoare (acest lucru este realizat de Institutul de Cercetare și Proiectare de Inginerie Energetică Dollezhal), 4 miliarde - Centrului Keldysh pentru crearea unei puteri nucleare instalație de propulsie. 5,8 miliarde de ruble sunt alocate de RSC Energia pentru a crea un modul de transport și energie, adică, cu alte cuvinte, o rachetă.
Desigur, toată această muncă nu se face în vid. Din 1970 până în 1988, numai URSS a lansat peste trei duzini de sateliți spion în spațiu, echipați cu centrale nucleare de mică putere precum Buk și Topaz. Acestea au fost folosite pentru a crea un sistem pentru toate vremea pentru monitorizarea țintelor de suprafață pe tot Oceanul Mondial și eliberarea desemnării țintei cu transmitere către purtătoare de arme sau posturi de comandă - sistemul de recunoaștere spațială navală și desemnare a țintei Legend (1978).
NASA și companiile americane care produc nave spațiale și vehiculele lor de livrare nu au reușit să creeze un reactor nuclear care să funcționeze stabil în spațiu în acest timp, deși au încercat de trei ori. Prin urmare, în 1988, ONU a trecut o interdicție privind utilizarea navelor spațiale cu sisteme de propulsie nucleară, iar producția de sateliți de tip US-A cu propulsie nucleară la bord în Uniunea Sovietică a fost întreruptă.
În paralel, în anii 60-70 ai secolului trecut, Centrul Keldysh a desfășurat lucrări active la crearea unui motor ionic (motor cu electroplasmă), care este cel mai potrivit pentru crearea unui sistem de propulsie de mare putere care funcționează pe combustibil nuclear. Reactorul produce căldură, care este transformată în electricitate de către un generator. Cu ajutorul electricității, xenonul cu gaz inert dintr-un astfel de motor este mai întâi ionizat, iar apoi particulele încărcate pozitiv (ioni pozitivi de xenon) sunt accelerate într-un câmp electrostatic la o viteză dată și creează forță la părăsirea motorului. Acesta este principiul de funcționare al motorului ionic, al cărui prototip a fost deja creat la Centrul Keldysh.
« În anii 90 ai secolului al XX-lea, noi, cei de la Centrul Keldysh, am reluat munca la motoarele ionice. Acum trebuie creată o nouă cooperare pentru un proiect atât de puternic. Există deja un prototip de motor ionic pe care pot fi testate soluții tehnologice și de design de bază. Dar produsele standard trebuie încă create. Avem un termen limită stabilit - până în 2018 produsul ar trebui să fie gata pentru testele de zbor, iar până în 2015 testarea motorului principal ar trebui să fie finalizată. Următorul - teste de viață și teste ale întregii unități în ansamblu.“, a remarcat anul trecut șeful secției de electrofizică a Centrului de Cercetare care poartă numele M.V. Keldysh, profesor, Facultatea de Aerofizică și Cercetare Spațială, MIPT Oleg Gorșkov.
Care este beneficiul practic pentru Rusia din aceste evoluții? Acest beneficiu depășește cu mult cele 17 miliarde de ruble pe care statul intenționează să le cheltuiască până în 2018 pentru crearea unui vehicul de lansare cu o centrală nucleară la bord cu o capacitate de 1 MW. În primul rând, aceasta este o extindere dramatică a capacităților țării noastre și a umanității în general. O navă spațială cu propulsie nucleară oferă oamenilor oportunități reale de a realiza lucruri pe alte planete. Acum multe țări au astfel de nave. Au reluat și în Statele Unite în 2003, după ce americanii au primit două mostre de sateliți ruși cu centrale nucleare.
Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, un membru al comisiei speciale NASA pentru zborurile cu echipaj Edward Crowley de exemplu, el crede că o navă pentru un zbor internațional spre Marte ar trebui să aibă motoare nucleare rusești. " Experienta Rusiei in dezvoltarea motoarelor nucleare este solicitata. Cred că Rusia are multă experiență atât în dezvoltarea motoarelor de rachete, cât și în tehnologia nucleară. De asemenea, are o vastă experiență în adaptarea umană la condițiile spațiale, deoarece cosmonauții ruși au efectuat zboruri foarte lungi „”, a spus Crowley reporterilor în primăvara anului trecut, după o prelegere la Universitatea de Stat din Moscova despre planurile americane de explorare spațială cu echipaj.
În al doilea rând, astfel de nave fac posibilă intensificarea bruscă a activității în spațiul apropiat Pământului și oferă o oportunitate reală de a începe colonizarea Lunii (există deja proiecte pentru construirea de centrale nucleare pe satelitul Pământului). " Utilizarea sistemelor de propulsie nucleară este luată în considerare pentru sistemele mari cu echipaj, mai degrabă decât pentru nave spațiale mici, care pot zbura pe alte tipuri de instalații folosind motoare ionice sau energie eoliană solară. Sistemele de propulsie nucleară cu motoare ionice pot fi utilizate pe un remorcher interorbital reutilizabil. De exemplu, transportați mărfuri între orbite joase și înalte și zburați către asteroizi. Puteți crea un remorcher lunar reutilizabil sau puteți trimite o expediție pe Marte„, spune profesorul Oleg Gorshkov. Nave ca acestea schimbă dramatic economia explorării spațiului. Potrivit calculelor specialiștilor RSC Energia, un vehicul de lansare cu propulsie nucleară reduce costul lansării unei sarcini utile pe orbita lunii cu mai mult de jumătate în comparație cu motoarele cu rachete lichide.
Al treilea, acestea sunt materiale și tehnologii noi care vor fi create pe parcursul implementării acestui proiect și apoi introduse în alte industrii – metalurgie, inginerie mecanică etc. Adică, acesta este unul dintre acele proiecte inovatoare care pot împinge cu adevărat atât economiile rusești, cât și cele globale.
Unitatea spațială militară rusă
Mult zgomot în mass-media și rețelele sociale a fost cauzat de declarațiile lui Vladimir Putin că Rusia testa o rachetă de croazieră de nouă generație cu aproape nelimitat raza de acțiune și, prin urmare, este practic invulnerabil la toate sistemele de apărare antirachetă existente și planificate.
„La sfârșitul anului 2017, cea mai recentă rachetă de croazieră rusă cu nuclear energie instalare. În timpul zborului, centrala electrică a atins puterea specificată și a furnizat nivelul necesar de tracțiune”, a spus Putin în discursul său tradițional la Adunarea Federală.
Racheta a fost discutată în contextul altor evoluții avansate rusești în domeniul armamentului, alături de noua rachetă balistică intercontinentală Sarmat, racheta hipersonică Kinzhal etc. Prin urmare, nu este deloc surprinzător că declarațiile lui Putin sunt analizate în primul rând într-un filon militar-politic. Cu toate acestea, de fapt, întrebarea este mult mai largă: se pare că Rusia este pe punctul de a stăpâni tehnologia reală a viitorului, capabilă să aducă schimbări revoluționare în tehnologia rachetelor și spațiale și nu numai. Dar mai întâi lucrurile...
Tehnologii cu jet: o fundătură „chimică”.
Aproape acum o sută de ani Când vorbim despre un motor cu reacție, cel mai adesea ne referim la un motor cu reacție chimic. Atât avioanele cu reacție, cât și rachetele spațiale sunt propulsate de energia obținută din arderea combustibilului de la bord.
În general, funcționează astfel: combustibilul intră în camera de ardere, unde este amestecat cu un oxidant (aer atmosferic într-un motor cu reacție sau oxigen din rezervele de la bord într-un motor rachetă). Amestecul se aprinde apoi, eliberând rapid o cantitate semnificativă de energie sub formă de căldură, care este transferată gazelor de ardere. Când este încălzit, gazul se extinde rapid și, parcă, se strecoară prin duza motorului la viteză considerabilă. Apare un curent de jet și se creează forța de jet, împingând aeronava în direcția opusă direcției fluxului de jet.
He 178 și Falcon Heavy sunt produse și motoare diferite, dar asta nu schimbă esența.
Motoarele cu reacție și rachetă în toată diversitatea lor (de la primul avion cu reacție Heinkel 178 până la Falcon Heavy al lui Elon Musk) folosesc tocmai acest principiu - doar abordările aplicației sale se schimbă. Și toți designerii de rachete sunt forțați, într-un fel sau altul, să se împace cu dezavantajul fundamental al acestui principiu: necesitatea de a transporta o cantitate semnificativă de combustibil consumat rapid la bordul aeronavei. Cu cât motorul trebuie să muncească mai mult, cu atât mai mult combustibil trebuie să fie la bord și cu atât mai puțină sarcină utilă aeronava poate lua în zbor.
De exemplu, greutatea maximă la decolare a unui avion de linie Boeing 747-200 este de aproximativ 380 de tone. Dintre acestea, 170 de tone sunt pentru aeronava în sine, aproximativ 70 de tone sunt pentru sarcina utilă (greutatea mărfii și a pasagerilor) și 140 de tone, sau aproximativ 35%, combustibilul cântărește, care arde în zbor cu o rată de aproximativ 15 tone pe oră. Adică, pentru fiecare tonă de marfă există 2,5 tone de combustibil. Iar racheta Proton-M, pentru lansarea a 22 de tone de marfă pe o orbită de referință joasă, consumă aproximativ 630 de tone de combustibil, adică aproape 30 de tone de combustibil pe tonă de sarcină utilă. După cum puteți vedea, „factorul de eficiență” este mai mult decât modest.
Dacă vorbim despre zboruri cu adevărat pe distanțe lungi, de exemplu, către alte planete ale sistemului solar, atunci raportul combustibil-încărcare devine pur și simplu ucigaș. De exemplu, racheta americană Saturn 5 ar putea livra 45 de tone de marfă pe Lună, în timp ce ar arde peste 2000 de tone de combustibil. Și Falcon Heavy de la Elon Musk, cu o masă de lansare de o mie și jumătate de tone, este capabil să livreze doar 15 tone de marfă pe orbita lui Marte, adică 0,1% din masa sa inițială.
De aceea cu echipaj zbor spre lună rămâne încă o sarcină la limita capacităților tehnologice ale umanității, iar zborul către Marte depășește aceste limite. Și mai rău: nu mai este posibilă extinderea semnificativă a acestor capacități, continuând în același timp îmbunătățirea în continuare a rachetelor chimice. În dezvoltarea lor, omenirea a „lovit” un plafon determinat de legile naturii. Pentru a merge mai departe, este nevoie de o abordare fundamental diferită.
Impingerea „atomică”.
Arderea combustibililor chimici a încetat de mult să fie cea mai eficientă metodă cunoscută de producere a energiei.
Din 1 kilogram de cărbune puteți obține aproximativ 7 kilowați-oră de energie, în timp ce 1 kilogram de uraniu conține aproximativ 620 de mii de kilowați-oră.
Și dacă creați un motor care va primi energie din nucleare, și nu din procese chimice, atunci un astfel de motor va necesita zeci de mii(!) de ori mai puțin combustibil pentru a face aceeași muncă. Dezavantajul cheie al motoarelor cu reacție poate fi eliminat în acest fel. Cu toate acestea, de la idee până la implementare, există o cale lungă de-a lungul căreia trebuie rezolvate o mulțime de probleme complexe. În primul rând, a fost necesar să se creeze un reactor nuclear suficient de ușor și compact pentru a putea fi instalat pe o aeronavă. În al doilea rând, a fost necesar să ne dăm seama exact cum să folosiți energia dezintegrarii unui nucleu atomic pentru a încălzi gazul din motor și a crea un curent cu jet.
Cea mai evidentă opțiune a fost pur și simplu trecerea gazului prin miezul fierbinte al reactorului. Cu toate acestea, interacționând direct cu ansamblurile de combustibil, acest gaz ar deveni foarte radioactiv. Lăsând motorul sub forma unui curent cu jet, ar contamina puternic totul în jur, așa că folosirea unui astfel de motor în atmosferă ar fi inacceptabilă. Aceasta înseamnă că căldura din miez trebuie transferată într-un fel diferit, dar cum exact? Și de unde puteți obține materiale care își pot păstra proprietățile structurale timp de multe ore la temperaturi atât de ridicate?
Este și mai ușor să ne imaginăm utilizarea energiei nucleare în „vehiculele de adâncime fără pilot”, menționate și de Putin în același mesaj. De fapt, va fi ceva ca o super torpilă care va aspira apa de mare, o va transforma în abur încălzit, care va forma un curent cu jet. O astfel de torpilă va putea călători mii de kilometri sub apă, mișcându-se la orice adâncime și fiind capabilă să lovească orice țintă pe mare sau pe coastă. În același timp, va fi aproape imposibil să-l interceptați în drum spre țintă.
Momentan, se pare că Rusia nu are încă mostre de astfel de dispozitive pregătite pentru a fi puse în funcțiune. În ceea ce privește racheta de croazieră cu propulsie nucleară despre care a vorbit Putin, se pare că vorbim despre o lansare de test a unui „model de masă” al unei astfel de rachete cu un încălzitor electric în loc de unul nuclear. Acesta este exact ceea ce pot însemna cuvintele lui Putin despre „atingerea unei puteri date” și „nivelul de tracțiune adecvat” – verificarea dacă motorul unui astfel de dispozitiv poate funcționa cu astfel de „parametri de intrare”. Desigur, spre deosebire de un eșantion alimentat cu energie nucleară, un produs „model” nu este capabil să zboare la nicio distanță semnificativă, dar acest lucru nu este necesar. Folosind un astfel de eșantion, este posibil să se elaboreze soluții tehnologice legate de partea pur „propulsie”, în timp ce reactorul este finalizat și testat la stand. Timpul dintre această etapă și livrarea produsului finit poate fi destul de scurt – un an sau doi.
Ei bine, dacă un astfel de motor poate fi folosit în rachete de croazieră, atunci ce îl va împiedica să fie folosit în aviație? Imagina avion de linie cu propulsie nucleară, capabil să parcurgă zeci de mii de kilometri fără aterizare sau realimentare, fără a consuma sute de tone de combustibil de aviație scump! În general, vorbim despre o descoperire care ar putea face în viitor o adevărată revoluție în sectorul transporturilor...
Marte este înainte?
Cu toate acestea, scopul principal al centralei nucleare pare a fi mult mai interesant - să devină inima nucleară a unei noi generații de nave spațiale, care va face posibile legături de transport fiabile cu alte planete ale sistemului solar. Desigur, motoarele cu turboreacție care folosesc aer din exterior nu pot fi folosite în spațiu fără aer. Orice s-ar putea spune, va trebui să luați substanța cu dvs. pentru a crea un curent cu jet aici. Sarcina este de a-l folosi mult mai economic în timpul funcționării și, pentru aceasta, rata de curgere a substanței din duza motorului trebuie să fie cât mai mare posibil. În motoarele cu rachete chimice, această viteză este de până la 5 mii de metri pe secundă (de obicei 2-3 mii) și nu este posibil să o creșteți semnificativ.
Viteze mult mai mari pot fi atinse folosind un principiu diferit de creare a unui curent cu jet - accelerarea particulelor încărcate (ioni) de către un câmp electric. Viteza jetului într-un motor cu ioni poate ajunge la 70 de mii de metri pe secundă, adică pentru a obține aceeași cantitate de mișcare va fi necesar să cheltuiți de 20-30 de ori mai puțină substanță. Adevărat, un astfel de motor va consuma destul de multă energie electrică. Și pentru a produce această energie veți avea nevoie de un reactor nuclear.
Modelul unei instalații de reactor pentru o centrală nucleară de clasă megawați
Motoarele de rachete electrice (ion și plasmă) există deja, de ex. în 1971 URSS a lansat pe orbită nava spațială Meteor cu un motor staționar cu plasmă SPD-60 dezvoltat de Fakel Design Bureau. Astăzi, motoarele similare sunt utilizate în mod activ pentru a corecta orbita sateliților artificiali de pe Pământ, dar puterea lor nu depășește 3-4 kilowați (5 cai și jumătate).
Cu toate acestea, în 2015, Centrul de Cercetare a dat numele. Keldysh a anunțat crearea unui prototip de motor ionic cu o putere de ordinul a 35 kilowati(48 CP). Nu sună foarte impresionant, dar câteva dintre aceste motoare sunt destul de suficiente pentru a alimenta o navă spațială care se mișcă în gol și departe de câmpurile gravitaționale puternice. Accelerația pe care astfel de motoare o vor conferi navei spațiale va fi mică, dar o vor putea menține mult timp (motoarele ionice existente au un timp de funcționare continuă până la trei ani).
În navele spațiale moderne, motoarele de rachete funcționează doar pentru o perioadă scurtă de timp, în timp ce pentru cea mai mare parte a zborului nava zboară prin inerție. Motorul cu ioni, care primește energie de la un reactor nuclear, va funcționa pe tot parcursul zborului - în prima jumătate, accelerând nava, în a doua, frânând-o. Calculele arată că o astfel de navă spațială ar putea ajunge pe orbita lui Marte în 30-40 de zile, și nu într-un an, ca o navă cu motoare chimice și, de asemenea, să poarte cu ea un modul de coborâre care ar putea duce o persoană la suprafața Roșii. Planet și apoi ia-l de acolo.
A adresat un mesaj Adunării Federale. Partea din discursul său care a atins problemele de apărare a devenit subiect de discuții aprinse. Șeful statului a prezentat noi arme.
Vorbim despre amplasarea unei centrale nucleare de dimensiuni mici, ultra-puternice, în corpul rachetei de croazieră aer-sol X-101.
militaryrussia.ru Rachetă de croazieră X-101 Deoarece o astfel de rachetă, care poartă un focos nuclear, nu are nicio limitare în raza de zbor și traiectoria ei nu poate fi prevăzută, ea anulează eficacitatea oricărei apărări antirachetă și aeriană și, prin urmare, are potențialul de a cauza pagube ireparabile oricarei tari din lume. Potrivit președintelui, la sfârșitul anului 2017, această armă a fost testată cu succes. Și nimeni în lume nu are încă așa ceva.
Unele mass-media occidentale au fost sceptice cu privire la informațiile exprimate de Putin. Astfel, un oficial american care cunoaște starea complexului militar-industrial rus, într-o conversație cu CNN, s-a îndoit că arma descrisă există. Interlocutorul agenției a spus că Statele Unite au observat un număr mic de teste rusești ale unei rachete de croazieră nucleare și au văzut toate accidentele care le-au însoțit. „În orice caz, dacă Rusia va ataca vreodată Statele Unite, va fi întâmpinată cu o forță copleșitoare”, a conchis oficialul.
Nici experții din Rusia nu au stat deoparte. Astfel, The Insider a preluat un comentariu de la șeful Institutului de Probleme Spațiale, Ivan Moiseev, care a considerat că o rachetă de croazieră nu poate avea un motor nuclear.
„Astfel de lucruri sunt imposibile și, în general, nu sunt necesare. Nu poți pune un motor nuclear pe o rachetă de croazieră. Da, și nu există astfel de motoare. Există un astfel de motor de clasă megawați în dezvoltare, dar este un motor spațial și, desigur, nu ar putea fi efectuate teste în 2017”, a declarat Moiseev publicației.
„Au existat unele evoluții similare în Uniunea Sovietică, dar toate ideile de a pune în aer motoarele nucleare mai degrabă decât vehiculele spațiale - avioane, rachete de croazieră - au fost abandonate în anii 50 ai secolului trecut", a adăugat el.
URSS avea centrale nucleare pentru rachete. Lucrările la crearea lor au început în 1947. America nu a rămas în urma URSS. În 1961, John Kennedy a numit programul de creare a unei rachete cu motor de rachetă nucleară una dintre cele patru domenii prioritare în cucerirea spațiului. Dar, din moment ce finanțarea s-a concentrat pe programul Lunar, nu au fost suficienți bani pentru a dezvolta un motor nuclear, iar programul a fost închis.
Spre deosebire de Statele Unite, Uniunea Sovietică a continuat să lucreze la motoarele nucleare. Ele au fost dezvoltate de oameni de știință precum Mstislav Keldysh, Igor Kurchatov și Serghei Korolev, care, spre deosebire de expertul de la Institutul de Probleme Spațiale, au evaluat destul de înalt posibilitățile de a crea rachete cu surse de energie nucleară.
În 1978, a fost lansat primul motor de rachetă nucleară 11B91, urmat de încă două serii de teste - al doilea și al treilea dispozitiv 11B91-IR-100.
Pe scurt, URSS a achiziționat sateliți cu surse de energie nucleară. Pe 24 ianuarie 1978, a izbucnit un uriaș scandal internațional. Kosmos-954, un satelit sovietic de recunoaștere spațială cu o centrală nucleară la bord, s-a prăbușit pe teritoriul canadian. Unele teritorii au fost recunoscute ca fiind contaminate radioactiv. Nu au fost victime în rândul populației. S-a dovedit că satelitul a fost monitorizat îndeaproape de informațiile americane, care știau că dispozitivul are o sursă de energie nucleară.
Din cauza scandalului, URSS a fost nevoită să abandoneze lansările de astfel de sateliți timp de aproape trei ani și să îmbunătățească serios sistemul de siguranță împotriva radiațiilor.
La 30 august 1982, un alt satelit spion cu propulsie nucleară, Kosmos-1402, a fost lansat de la Baikonur. După finalizarea sarcinii, dispozitivul a fost distrus de sistemul de siguranță împotriva radiațiilor al reactorului, care anterior lipsea.
După prăbușirea Uniunii Sovietice, toate evoluțiile au fost abandonate. Dar, evident, au fost reluate cu ceva timp în urmă.
Rusia a fost și rămâne acum lider în domeniul energiei spațiale nucleare. Organizații precum RSC Energia și Roscosmos au experiență în proiectarea, construcția, lansarea și operarea navelor spațiale echipate cu o sursă de energie nucleară. Un motor nuclear face posibilă operarea aeronavelor timp de mulți ani, sporind considerabil adecvarea lor practică.
Cronica istorica
În același timp, livrarea unui vehicul de cercetare pe orbitele planetelor îndepărtate ale Sistemului Solar necesită creșterea resurselor unei astfel de instalații nucleare la 5-7 ani. S-a dovedit că un complex cu un sistem de propulsie nucleară cu o putere de aproximativ 1 MW ca parte a unei nave spațiale de cercetare va permite livrarea accelerată în 5-7 ani a sateliților artificiali ai celor mai îndepărtate planete, rovere planetare la suprafața sateliții naturali ai acestor planete și livrarea pe Pământ a solului de la comete, asteroizi, Mercur și sateliții lui Jupiter și Saturn.
Remorcher reutilizabil (MB)
Una dintre cele mai importante modalități de creștere a eficienței operațiunilor de transport în spațiu este utilizarea reutilizabilă a elementelor sistemului de transport. Un motor nuclear pentru nave spațiale cu o putere de cel puțin 500 kW face posibilă crearea unui remorcher reutilizabil și, prin urmare, crește semnificativ eficiența unui sistem de transport spațial cu mai multe legături. Un astfel de sistem este util în special într-un program pentru furnizarea de fluxuri anuale mari de marfă. Un exemplu ar fi programul de explorare lunară cu crearea și întreținerea unei baze locuibile în continuă expansiune și complexe tehnologice și de producție experimentale.
Calculul cifrei de afaceri de marfă
Conform studiilor de proiectare ale RSC Energia, în timpul construcției bazei, modulele care cântăresc aproximativ 10 tone ar trebui să fie livrate pe suprafața lunii și până la 30 de tone pe orbita lunii.Debitul total de marfă de pe Pământ în timpul construcției de o bază lunară locuibilă și o stație orbitală lunară vizitată este estimată la 700-800 de tone, iar fluxul anual de marfă pentru a asigura funcționarea și dezvoltarea bazei este de 400-500 de tone.
Cu toate acestea, principiul de funcționare al motorului nuclear nu permite transportatorului să accelereze suficient de repede. Datorită timpului lung de transport și, în consecință, a timpului semnificativ petrecut de sarcina utilă în centurile de radiații ale Pământului, nu toată marfa poate fi livrată cu remorchere cu propulsie nucleară. Prin urmare, fluxul de marfă care poate fi asigurat pe baza sistemelor de propulsie cu propulsie nucleară este estimat la doar 100-300 tone/an.
Eficiență economică
Ca criteriu de eficiență economică a unui sistem de transport interorbital, este recomandabil să se utilizeze valoarea costului specific al transportului unei unități de masă de sarcină utilă (PG) de la suprafața Pământului pe orbita țintă. RSC Energia a dezvoltat un model economic și matematic care ia în considerare principalele componente ale costurilor în sistemul de transport:
- pentru a crea și a lansa în orbită module remorcher;
- pentru achiziționarea unei instalații nucleare funcționale;
- costurile de operare, precum și costurile de cercetare și dezvoltare și eventualele costuri de capital.
Indicatorii de cost depind de parametrii optimi ai MB. Folosind acest model, eficiența economică comparativă a utilizării unui remorcher reutilizabil bazat pe un sistem de propulsie cu energie nucleară cu o putere de aproximativ 1 MW și a unui remorcher de unică folosință bazat pe sisteme avansate de propulsie lichidă într-un program care să asigure livrarea unei sarcini utile cu o capacitate totală. s-a studiat masa de 100 tone/an de la Pământ la orbita lunară la o înălțime de 100 km. Atunci când se utilizează același vehicul de lansare cu o capacitate de sarcină utilă egală cu capacitatea de sarcină utilă a vehiculului de lansare Proton-M și o schemă de lansare cu două lansări pentru construirea unui sistem de transport, costul specific al livrării unei unități de masă de sarcină utilă folosind un remorcher cu propulsie nucleară va fi de trei ori mai mic decât atunci când se utilizează remorchere de unică folosință pe bază de rachete cu motoare lichide de tip DM-3.
Concluzie
Un motor nuclear eficient pentru spațiu contribuie la soluționarea problemelor de mediu ale Pământului, zborul uman către Marte, crearea unui sistem de transmitere fără fir a energiei în spațiu, implementarea cu siguranță sporită a îngropării în spațiu a deșeurilor radioactive de pământ deosebit de periculoase. pe baza de energie nucleară, crearea unei baze lunare locuibile și începutul dezvoltării industriale a Lunii, asigurând protejarea Pământului de pericolul asteroid-cometă.
