หลักการทำงานของเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับเรือสำราญ เครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์เป็นอนาคตของการบินอวกาศ เครื่องยนต์จรวดเทอร์โมเคมี

อเล็กซานเดอร์ โลเซฟ

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีจรวดและอวกาศในศตวรรษที่ 20 ถูกกำหนดโดยเป้าหมายทางยุทธศาสตร์ การเมือง และในระดับหนึ่ง และผลประโยชน์ของมหาอำนาจทั้งสอง - สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกา และโครงการอวกาศของรัฐทั้งหมดเป็น การดำเนินโครงการทางทหารอย่างต่อเนื่อง โดยที่ภารกิจหลักคือความจำเป็นในการรับรองความสามารถในการป้องกันและความเท่าเทียมทางยุทธศาสตร์กับศัตรูที่อาจเกิดขึ้น ต้นทุนในการสร้างอุปกรณ์และต้นทุนการดำเนินงานไม่ได้มีความสำคัญพื้นฐานในตอนนั้น ทรัพยากรจำนวนมหาศาลถูกจัดสรรให้กับการสร้างยานอวกาศและยานอวกาศ และการบิน 108 นาทีของยูริ กาการินในปี พ.ศ. 2504 และการออกอากาศทางโทรทัศน์ของนีล อาร์มสตรอง และบัซ อัลดรินจากพื้นผิวดวงจันทร์ในปี พ.ศ. 2512 ไม่ใช่แค่ชัยชนะทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคเท่านั้น คิดว่าพวกเขายังถือเป็นชัยชนะทางยุทธศาสตร์ในการรบในสงครามเย็นอีกด้วย

แต่หลังจากที่สหภาพโซเวียตล่มสลายและหลุดออกจากการแข่งขันเพื่อเป็นผู้นำโลก ฝ่ายตรงข้ามทางภูมิรัฐศาสตร์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสหรัฐอเมริกา ก็ไม่จำเป็นที่จะต้องดำเนินโครงการอวกาศอันทรงเกียรติแต่มีค่าใช้จ่ายสูงอีกต่อไป เพื่อพิสูจน์ให้คนทั้งโลกเห็นถึงความเหนือกว่าของเศรษฐกิจตะวันตก แนวคิดของระบบและอุดมการณ์
ในยุค 90 งานทางการเมืองหลักของปีก่อน ๆ สูญเสียความเกี่ยวข้อง การเผชิญหน้าของกลุ่มเปิดทางไปสู่โลกาภิวัตน์ ลัทธิปฏิบัตินิยมได้รับชัยชนะในโลก ดังนั้นโครงการอวกาศส่วนใหญ่จึงถูกตัดทอนหรือเลื่อนออกไป มีเพียง ISS เท่านั้นที่ยังคงเป็นมรดกจากโครงการขนาดใหญ่ของ ที่ผ่านมา. นอกจากนี้ ระบอบประชาธิปไตยแบบตะวันตกยังทำให้โครงการของรัฐบาลที่มีราคาแพงทั้งหมดขึ้นอยู่กับรอบการเลือกตั้งอีกด้วย
การสนับสนุนจากผู้มีสิทธิเลือกตั้งซึ่งจำเป็นต่อการได้รับหรือรักษาอำนาจ บังคับให้นักการเมือง รัฐสภา และรัฐบาลหันเข้าหาประชานิยมและแก้ไขปัญหาระยะสั้น ดังนั้น การใช้จ่ายในการสำรวจอวกาศจึงลดลงปีแล้วปีเล่า
การค้นพบพื้นฐานส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 และในปัจจุบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้มาถึงขีดจำกัดแล้ว ยิ่งไปกว่านั้น ความนิยมในความรู้ทางวิทยาศาสตร์ลดลงทั่วโลก และคุณภาพของการสอนคณิตศาสตร์ ฟิสิกส์ และธรรมชาติอื่นๆ วิทยาศาสตร์เสื่อมโทรมลง นี่เป็นสาเหตุของความซบเซา รวมถึงในภาคอวกาศในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา
แต่ตอนนี้เห็นได้ชัดว่าโลกกำลังใกล้ถึงจุดสิ้นสุดของวงจรเทคโนโลยีอื่นโดยอาศัยการค้นพบของศตวรรษที่ผ่านมา ดังนั้น อำนาจใด ๆ ที่จะมีเทคโนโลยีใหม่ที่มีแนวโน้มเป็นพื้นฐานในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างเทคโนโลยีระดับโลก จะทำให้มั่นใจในการเป็นผู้นำระดับโลกโดยอัตโนมัติเป็นเวลาอย่างน้อยห้าสิบปีข้างหน้า

การออกแบบพื้นฐานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีไฮโดรเจนเป็นของไหลทำงาน

สิ่งนี้เกิดขึ้นจริงทั้งในสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้กำหนดเส้นทางสำหรับการฟื้นฟูความยิ่งใหญ่ของอเมริกาในทุกด้านของกิจกรรม และในประเทศจีนซึ่งกำลังท้าทายอำนาจนำของอเมริกา และในสหภาพยุโรป ซึ่งพยายามอย่างสุดกำลังที่จะ รักษาน้ำหนักในเศรษฐกิจโลก
มีนโยบายอุตสาหกรรมอยู่ที่นั่นและพวกเขามีส่วนร่วมอย่างจริงจังในการพัฒนาศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ เทคนิค และการผลิตของตนเอง และทรงกลมอวกาศสามารถกลายเป็นพื้นที่ทดสอบที่ดีที่สุดสำหรับการทดสอบเทคโนโลยีใหม่ ๆ และสำหรับการพิสูจน์หรือหักล้างสมมติฐานทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถวางรากฐานได้ เพื่อสร้างสรรค์เทคโนโลยีแห่งอนาคตที่แตกต่างและก้าวล้ำยิ่งกว่าเดิม
และเป็นเรื่องปกติที่จะคาดหวังว่าสหรัฐฯ จะเป็นประเทศแรกที่โครงการสำรวจอวกาศห้วงลึกจะกลับมาดำเนินการอีกครั้ง เพื่อสร้างเทคโนโลยีนวัตกรรมที่มีเอกลักษณ์เฉพาะในด้านอาวุธ การขนส่ง และวัสดุโครงสร้าง ตลอดจนในด้านชีวการแพทย์และโทรคมนาคม
จริงอยู่ แม้แต่สหรัฐอเมริกาก็ไม่รับประกันความสำเร็จในการสร้างเทคโนโลยีที่ปฏิวัติวงการ มีความเสี่ยงสูงที่จะถึงทางตันเมื่อปรับปรุงเครื่องยนต์จรวดอายุครึ่งศตวรรษโดยใช้เชื้อเพลิงเคมี ดังเช่นที่ SpaceX ของ Elon Musk กำลังทำอยู่ หรือเมื่อสร้างระบบช่วยชีวิตสำหรับเที่ยวบินระยะไกลที่คล้ายกับที่ติดตั้งแล้วบนเครื่องบิน สถานีอวกาศนานาชาติ
รัสเซียซึ่งความซบเซาในภาคอวกาศเริ่มเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นทุกปี จะก้าวกระโดดในการแข่งขันเพื่อความเป็นผู้นำทางเทคโนโลยีในอนาคตเพื่อยังคงอยู่ในกลุ่มมหาอำนาจ และไม่อยู่ในรายชื่อประเทศกำลังพัฒนาได้หรือไม่?
ใช่ แน่นอนว่า รัสเซียสามารถทำได้ และยิ่งไปกว่านั้น ความก้าวหน้าที่เห็นได้ชัดเจนได้เกิดขึ้นแล้วในด้านพลังงานนิวเคลียร์และในเทคโนโลยีเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ แม้ว่าอุตสาหกรรมอวกาศจะมีเงินทุนไม่เพียงพออย่างเรื้อรังก็ตาม
อนาคตของอวกาศคือการใช้พลังงานนิวเคลียร์ เพื่อทำความเข้าใจว่าเทคโนโลยีนิวเคลียร์และอวกาศเชื่อมโยงกันอย่างไร จำเป็นต้องพิจารณาหลักการพื้นฐานของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น
ดังนั้นเครื่องยนต์อวกาศสมัยใหม่ประเภทหลักจึงถูกสร้างขึ้นตามหลักการของพลังงานเคมี สิ่งเหล่านี้คือเครื่องเร่งเชื้อเพลิงแข็งและเครื่องยนต์จรวดเหลว ในห้องเผาไหม้ส่วนประกอบของเชื้อเพลิง (เชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์) จะเข้าสู่ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางกายภาพและเคมีแบบคายความร้อน ก่อตัวเป็นกระแสไอพ่นที่ขับสารจำนวนมากออกจากหัวฉีดของเครื่องยนต์ทุกๆ วินาที พลังงานจลน์ของของไหลในการทำงานของไอพ่นจะถูกแปลงเป็นแรงปฏิกิริยาที่เพียงพอที่จะขับเคลื่อนจรวด แรงกระตุ้นจำเพาะ (อัตราส่วนของแรงขับที่เกิดขึ้นต่อมวลของเชื้อเพลิงที่ใช้) ของเครื่องยนต์เคมีนั้นขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเชื้อเพลิง ความดันและอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ ตลอดจนน้ำหนักโมเลกุลของส่วนผสมของก๊าซที่ขับออกมาผ่าน หัวฉีดเครื่องยนต์
และยิ่งอุณหภูมิของสารและความดันภายในห้องเผาไหม้สูงขึ้น และมวลโมเลกุลของก๊าซยิ่งต่ำ แรงกระตุ้นจำเพาะก็จะยิ่งสูงขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีขึ้นด้วย แรงกระตุ้นจำเพาะคือปริมาณของการเคลื่อนไหว และโดยปกติจะวัดเป็นเมตรต่อวินาที เช่นเดียวกับความเร็ว
ในเครื่องยนต์เคมี แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดได้มาจากส่วนผสมของเชื้อเพลิงออกซิเจน-ไฮโดรเจน และฟลูออรีน-ไฮโดรเจน (4500–4700 ม./วินาที) แต่แรงกระตุ้นที่ได้รับความนิยมมากที่สุด (และสะดวกในการใช้งาน) ได้กลายเป็นเครื่องยนต์จรวดที่ทำงานด้วยน้ำมันก๊าดและออกซิเจนสำหรับ ตัวอย่างเช่น จรวดโซยุซและจรวดฟอลคอนของมัสค์ รวมถึงเครื่องยนต์ที่ใช้ไดเมทิลไฮดราซีน (UDMH) แบบไม่สมมาตรพร้อมตัวออกซิไดเซอร์ในรูปของส่วนผสมของไนโตรเจนเตตรอกไซด์และกรดไนตริก (โปรตอนของโซเวียตและรัสเซีย, อาเรียนของฝรั่งเศส, อเมริกันไททัน) ประสิทธิภาพของพวกเขาต่ำกว่าเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถึง 1.5 เท่า แต่แรงกระตุ้นที่ 3,000 เมตร/วินาที และกำลังก็เพียงพอที่จะทำให้มีผลกำไรเชิงเศรษฐกิจในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกจำนวนมากขึ้นสู่วงโคจรใกล้โลก
แต่การบินไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นต้องใช้ยานอวกาศที่มีขนาดใหญ่กว่าที่มนุษยชาติเคยสร้างมาก่อนหน้านี้ ซึ่งรวมถึง ISS แบบโมดูลาร์ด้วย ในเรือเหล่านี้จำเป็นต้องรับประกันการดำรงอยู่ของลูกเรือโดยอิสระในระยะยาวและการจ่ายเชื้อเพลิงและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์หลักและเครื่องยนต์สำหรับการซ้อมรบและการแก้ไขวงโคจรเพื่อจัดเตรียมการส่งมอบนักบินอวกาศในโมดูลลงจอดพิเศษ ไปยังพื้นผิวของดาวเคราะห์ดวงอื่น และการกลับไปยังเรือขนส่งหลัก และจากนั้น และการกลับมาของคณะสำรวจสู่โลก
ความรู้ทางวิศวกรรมที่สั่งสมมาและพลังงานเคมีของเครื่องยนต์ทำให้สามารถกลับไปยังดวงจันทร์และไปถึงดาวอังคารได้ จึงมีความเป็นไปได้สูงที่มนุษยชาติจะได้ไปเยือนดาวเคราะห์สีแดงในทศวรรษหน้า
หากเราพึ่งพาเทคโนโลยีอวกาศที่มีอยู่เท่านั้น มวลขั้นต่ำของโมดูลที่อยู่อาศัยได้สำหรับการบินโดยมนุษย์ไปยังดาวอังคารหรือไปยังดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์จะอยู่ที่ประมาณ 90 ตัน ซึ่งมากกว่าเรือดวงจันทร์ในต้นปี 1970 ถึง 3 เท่า ซึ่งหมายความว่ายานพาหนะสำหรับการปล่อยสู่วงโคจรอ้างอิงสำหรับการบินต่อไปยังดาวอังคารจะเหนือกว่าดาวเสาร์ 5 (น้ำหนักการเปิดตัว 2,965 ตัน) ของโครงการ Apollo Lunar หรือเรือบรรทุกโซเวียต Energia (น้ำหนักการเปิดตัว 2,400 ตัน) จำเป็นต้องสร้างคอมเพล็กซ์ระหว่างดาวเคราะห์ในวงโคจรที่มีน้ำหนักมากถึง 500 ตัน การบินบนเรือระหว่างดาวเคราะห์ด้วยเครื่องยนต์จรวดเคมีจะต้องใช้เวลา 8 เดือนถึง 1 ปีในทิศทางเดียวเท่านั้น เพราะคุณจะต้องทำการซ้อมรบด้วยแรงโน้มถ่วงโดยใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์และเชื้อเพลิงจำนวนมหาศาลเพื่อเร่งเรือเพิ่มเติม .
แต่การใช้พลังงานเคมีของเครื่องยนต์จรวดจะทำให้มนุษยชาติไม่สามารถบินไปไกลกว่าวงโคจรของดาวอังคารหรือดาวศุกร์ได้ เราต้องการยานอวกาศที่มีความเร็วในการบินที่แตกต่างกันและพลังงานการเคลื่อนที่ที่ทรงพลังกว่านี้

การออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ Princeton Satellite Systems

ในการสำรวจห้วงอวกาศ จำเป็นต้องเพิ่มอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเพิ่มแรงกระตุ้นและอายุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง และในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องให้ความร้อนแก่แก๊สหรือสารทำงานที่มีมวลอะตอมต่ำภายในห้องเครื่องยนต์ให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ทางเคมีของส่วนผสมเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมหลายเท่าและสามารถทำได้โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์
หากแทนที่จะวางเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไว้ในเครื่องยนต์จรวดแทนที่จะเป็นห้องเผาไหม้แบบธรรมดาเข้าไปในโซนแอคทีฟซึ่งมีการจ่ายสารในรูปของเหลวหรือก๊าซจากนั้นจะเริ่มให้ความร้อนภายใต้แรงดันสูงสูงถึงหลายพันองศา จะถูกขับออกทางช่องหัวฉีดทำให้เกิดแรงขับเจ็ท แรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ไอพ่นนิวเคลียร์ดังกล่าวจะมากกว่าเครื่องยนต์ธรรมดาที่มีส่วนประกอบทางเคมีหลายเท่า ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพของทั้งเครื่องยนต์เองและยานพาหนะที่ปล่อยโดยรวมจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ในกรณีนี้ ไม่จำเป็นต้องมีตัวออกซิไดเซอร์สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง และก๊าซไฮโดรเจนเบาสามารถใช้เป็นสารที่สร้างแรงผลักดันของเจ็ทได้ เรารู้ว่ายิ่งมวลโมเลกุลของก๊าซต่ำลง แรงกระตุ้นก็จะยิ่งสูงขึ้น และสิ่งนี้จะอย่างมาก ลดมวลจรวดด้วยกำลังเครื่องยนต์ที่มีสมรรถนะดีขึ้น
เครื่องยนต์นิวเคลียร์จะดีกว่าเครื่องยนต์ทั่วไป เนื่องจากในโซนเครื่องปฏิกรณ์ก๊าซเบาสามารถให้ความร้อนได้ที่อุณหภูมิเกิน 9,000 องศาเคลวิน และไอพ่นของก๊าซร้อนยวดยิ่งดังกล่าวจะให้แรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงกว่ามากเกินกว่าที่เครื่องยนต์เคมีทั่วไปสามารถทำได้ . แต่นี่เป็นในทางทฤษฎี
อันตรายไม่ได้อยู่ที่ว่าเมื่อยานส่งจรวดที่มีการติดตั้งนิวเคลียร์ดังกล่าวถูกปล่อยออกไป การปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีในชั้นบรรยากาศและพื้นที่รอบ ๆ แท่นยิงจรวดอาจเกิดขึ้นได้ ปัญหาหลักคือที่อุณหภูมิสูงตัวเครื่องยนต์เองพร้อมกับยานอวกาศอาจ ละลาย. นักออกแบบและวิศวกรเข้าใจเรื่องนี้และพยายามค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมมานานหลายทศวรรษ
เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE) มีประวัติการสร้างและปฏิบัติการในอวกาศเป็นของตัวเองอยู่แล้ว การพัฒนาเครื่องยนต์นิวเคลียร์ครั้งแรกเริ่มขึ้นในกลางทศวรรษ 1950 นั่นคือก่อนที่มนุษย์จะบินขึ้นสู่อวกาศและเกือบจะพร้อมกันทั้งในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาและแนวคิดในการใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อให้ความร้อนแก่การทำงาน สสารในเครื่องยนต์จรวดถือกำเนิดมาพร้อมกับอธิการบดีคนแรกในช่วงกลางทศวรรษที่ 40 นั่นคือเมื่อกว่า 70 กว่าปีที่แล้ว
ในประเทศของเราผู้ริเริ่มการสร้างแรงผลักดันนิวเคลียร์คือนักฟิสิกส์ความร้อน Vitaly Mikhailovich Ievlev ในปี 1947 เขานำเสนอโครงการที่ได้รับการสนับสนุนจาก S. P. Korolev, I. V. Kurchatov และ M. V. Keldysh ในขั้นต้นมีแผนที่จะใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวสำหรับขีปนาวุธล่องเรือแล้วติดตั้งบนขีปนาวุธ การพัฒนาดำเนินการโดยสำนักงานออกแบบการป้องกันชั้นนำของสหภาพโซเวียต เช่นเดียวกับสถาบันวิจัย NIITP, CIAM, IAE, VNIINM
เครื่องยนต์นิวเคลียร์ของโซเวียต RD-0410 ถูกประกอบขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 60 ที่สำนักออกแบบ Voronezh Chemical Automatics ซึ่งเครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนใหญ่สำหรับเทคโนโลยีอวกาศถูกสร้างขึ้น
ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นของไหลทำงานใน RD-0410 ซึ่งอยู่ในรูปของเหลวผ่าน "เสื้อทำความเย็น" เพื่อขจัดความร้อนส่วนเกินออกจากผนังของหัวฉีดและป้องกันไม่ให้ละลาย จากนั้นเข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งถูกให้ความร้อน ถึง 3,000K และปล่อยผ่านหัวฉีดแบบช่อง ซึ่งแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานจลน์และสร้างแรงกระตุ้นจำเพาะที่ 9100 m/s
ในสหรัฐอเมริกา โครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์เปิดตัวในปี พ.ศ. 2495 และเครื่องยนต์ปฏิบัติการเครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2509 และได้รับการตั้งชื่อว่า NERVA (เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับการใช้งานยานพาหนะจรวด) ในยุค 60 และ 70 สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาพยายามที่จะไม่ยอมแพ้ต่อกัน
จริงอยู่ ทั้ง RD-0410 ของเราและ NERVA ของอเมริกาเป็นเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟส (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ยูเรเนียมคาร์ไบด์อยู่ในสถานะของแข็งในเครื่องปฏิกรณ์) และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ในช่วง 2300–3100K
ในการเพิ่มอุณหภูมิของแกนกลางโดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิดหรือการละลายของผนังเครื่องปฏิกรณ์ จำเป็นต้องสร้างสภาวะปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังกล่าว ซึ่งเชื้อเพลิง (ยูเรเนียม) เปลี่ยนเป็นสถานะก๊าซหรือกลายเป็นพลาสมาและถูกกักไว้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ ด้วยสนามแม่เหล็กแรงสูงโดยไม่ต้องสัมผัสผนัง จากนั้นไฮโดรเจนที่เข้าสู่แกนเครื่องปฏิกรณ์จะ “ไหลไปรอบๆ” ยูเรเนียมในสถานะแก๊ส และกลายเป็นพลาสมา จะถูกขับออกมาด้วยความเร็วสูงมากผ่านช่องหัวฉีด
เครื่องยนต์ประเภทนี้เรียกว่าเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบแก๊ส อุณหภูมิของเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่เป็นก๊าซในเครื่องยนต์นิวเคลียร์ดังกล่าวสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10,000 ถึง 20,000 องศาเคลวิน และแรงกระตุ้นจำเพาะสามารถสูงถึง 50,000 เมตร/วินาที ซึ่งสูงกว่าเครื่องยนต์จรวดเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 11 เท่า
การสร้างและการใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบแก๊สเฟสแบบเปิดและปิดในเทคโนโลยีอวกาศเป็นทิศทางที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดอวกาศและเป็นสิ่งที่มนุษยชาติต้องการในการสำรวจดาวเคราะห์ของระบบสุริยะและดาวเทียมของพวกมัน
การวิจัยครั้งแรกเกี่ยวกับโครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ในระยะก๊าซเริ่มต้นในสหภาพโซเวียตในปี 2500 ที่สถาบันวิจัยกระบวนการทางความร้อน (ศูนย์วิจัยแห่งชาติตั้งชื่อตาม M. V. Keldysh) และการตัดสินใจพัฒนาโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบแก๊ส ถูกสร้างขึ้นในปี 1963 โดยนักวิชาการ V. P. Glushko (NPO Energomash) จากนั้นได้รับการอนุมัติโดยมติของคณะกรรมการกลาง CPSU และคณะรัฐมนตรีของสหภาพโซเวียต
การพัฒนาเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบใช้ก๊าซได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียตเป็นเวลาสองทศวรรษ แต่น่าเสียดายที่ยังไม่เสร็จสมบูรณ์เนื่องจากมีเงินทุนไม่เพียงพอและความจำเป็นในการวิจัยพื้นฐานเพิ่มเติมในสาขาอุณหพลศาสตร์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และพลาสมาไฮโดรเจน ฟิสิกส์นิวตรอนและแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์
นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์และวิศวกรออกแบบของสหภาพโซเวียตเผชิญกับปัญหาหลายประการ เช่น การบรรลุภาวะวิกฤติและการรับรองเสถียรภาพของการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซ การลดการสูญเสียยูเรเนียมหลอมเหลวในระหว่างการปล่อยไฮโดรเจนที่ถูกทำให้ร้อนถึงหลายพันองศา การป้องกันความร้อน ของหัวฉีดและเครื่องกำเนิดสนามแม่เหล็ก และการสะสมของผลิตภัณฑ์ฟิชชันของยูเรเนียม การเลือกวัสดุก่อสร้างที่ทนทานต่อสารเคมี ฯลฯ
และเมื่อยานพาหนะส่งพลังงาน Energia เริ่มถูกสร้างขึ้นสำหรับโครงการ Mars-94 ของโซเวียตสำหรับการบินครั้งแรกสู่ดาวอังคาร โครงการเครื่องยนต์นิวเคลียร์ก็ถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด สหภาพโซเวียตไม่มีเวลาเพียงพอ และที่สำคัญที่สุดคือความตั้งใจทางการเมืองและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจในการลงจอดนักบินอวกาศของเราบนดาวอังคารในปี 1994 นี่จะเป็นความสำเร็จที่ปฏิเสธไม่ได้และเป็นข้อพิสูจน์ถึงความเป็นผู้นำของเราในด้านเทคโนโลยีขั้นสูงในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า แต่อวกาศก็เหมือนกับสิ่งอื่น ๆ อีกมากมายที่ถูกทรยศโดยผู้นำคนสุดท้ายของสหภาพโซเวียต ประวัติศาสตร์ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่จากไปไม่สามารถนำกลับคืนมาได้ และความรู้ที่สูญหายไปไม่สามารถฟื้นฟูได้ จะต้องสร้างขึ้นใหม่มากมาย
แต่พลังงานนิวเคลียร์ในอวกาศไม่ได้จำกัดอยู่เพียงทรงกลมของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ในสถานะของแข็งและก๊าซเท่านั้น พลังงานไฟฟ้าสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างกระแสความร้อนของสสารในเครื่องยนต์ไอพ่นได้ แนวคิดนี้แสดงออกมาครั้งแรกโดย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ย้อนกลับไปในปี 1903 ในงานของเขา "การสำรวจอวกาศโลกโดยใช้เครื่องมือไอพ่น"
และเครื่องยนต์จรวดความร้อนไฟฟ้าเครื่องแรกในสหภาพโซเวียตถูกสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดย Valentin Petrovich Glushko นักวิชาการในอนาคตของ USSR Academy of Sciences และหัวหน้า NPO Energia
หลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าอาจแตกต่างกัน โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสี่ประเภท:

• ไฟฟ้า (ความร้อนหรืออาร์คไฟฟ้า) ในนั้นก๊าซจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิ 1,000–5,000K และถูกขับออกจากหัวฉีดในลักษณะเดียวกับในเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์
• เครื่องยนต์ไฟฟ้าสถิต (คอลลอยด์และไอออนิก) ซึ่งสารทำงานจะถูกแตกตัวเป็นไอออนก่อนจากนั้นไอออนบวก (อะตอมที่ไม่มีอิเล็กตรอน) จะถูกเร่งในสนามไฟฟ้าสถิตและถูกดีดออกมาผ่านช่องหัวฉีดด้วยทำให้เกิดแรงขับของไอพ่น เครื่องยนต์ไฟฟ้าสถิตยังรวมถึงเครื่องยนต์พลาสมาที่อยู่นิ่งด้วย
• เครื่องยนต์จรวดแมกนีโตพลาสมาและแมกนีโทไดนามิก ที่นั่น พลาสมาของแก๊สจะถูกเร่งขึ้นเนื่องจากแรงแอมแปร์ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าตัดกันในแนวตั้งฉาก
• เครื่องยนต์จรวดพัลส์ซึ่งใช้พลังงานของก๊าซที่เกิดจากการระเหยของของไหลทำงานในการคายประจุไฟฟ้า

ข้อดีของเครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าเหล่านี้คือการสิ้นเปลืองของเหลวในการทำงานต่ำ ประสิทธิภาพสูงสุดถึง 60% และความเร็วการไหลของอนุภาคสูง ซึ่งสามารถลดมวลของยานอวกาศได้อย่างมาก แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน - ความหนาแน่นของแรงขับต่ำ ดังนั้น พลังงานต่ำรวมถึงต้นทุนสูงของของไหลทำงาน (ก๊าซเฉื่อยหรือไอระเหยของโลหะอัลคาไล) เพื่อสร้างพลาสมา
มอเตอร์ไฟฟ้าที่ระบุไว้ทั้งหมดได้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติและมีการใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีกในอวกาศบนยานอวกาศทั้งโซเวียตและอเมริกาตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 60 แต่เนื่องจากพลังงานต่ำ จึงถูกใช้เป็นเครื่องยนต์แก้ไขวงโคจรเป็นหลัก
ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2511 ถึง พ.ศ. 2531 สหภาพโซเวียตได้เปิดตัวดาวเทียมคอสมอสทั้งชุดพร้อมการติดตั้งนิวเคลียร์บนเรือ ประเภทของเครื่องปฏิกรณ์มีชื่อว่า: "Buk", "Topaz" และ "Yenisei"
เครื่องปฏิกรณ์ของโครงการ Yenisei มีพลังงานความร้อนสูงถึง 135 กิโลวัตต์ และพลังงานไฟฟ้าประมาณ 5 กิโลวัตต์ สารหล่อเย็นคือโซเดียม-โพแทสเซียมละลาย โครงการนี้ปิดตัวลงในปี พ.ศ. 2539
มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนจริงต้องใช้แหล่งพลังงานที่ทรงพลังมาก และแหล่งพลังงานที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องยนต์อวกาศก็คือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
พลังงานนิวเคลียร์เป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีเทคโนโลยีสูงซึ่งประเทศของเรายังคงเป็นผู้นำ และมีการสร้างเครื่องยนต์จรวดพื้นฐานใหม่ในรัสเซียแล้ว และโครงการนี้ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ในปี 2561 การทดสอบการบินมีกำหนดในปี 2020
และหากการขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ที่ใช้ก๊าซเป็นหัวข้อในทศวรรษต่อๆ ไป ซึ่งจะต้องกลับมาดูอีกครั้งหลังจากการวิจัยขั้นพื้นฐาน ทางเลือกในปัจจุบันก็คือระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ (NPPU) ระดับเมกะวัตต์ และได้ถูกสร้างขึ้นโดย Rosatom และ บริษัท Roscosmos ตั้งแต่ปี 2552
NPO Krasnaya Zvezda ซึ่งปัจจุบันเป็นผู้พัฒนาและผู้ผลิตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศเพียงรายเดียวของโลก รวมถึงศูนย์วิจัยที่ตั้งชื่อตาม A. M.V. Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala สถาบันวิจัย NPO "Luch", "สถาบัน Kurchatov", IRM, IPPE, RIAR และ NPO Mashinostroeniya
ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็วระบายความร้อนด้วยแก๊สอุณหภูมิสูงพร้อมระบบเทอร์โบแมชชีนสำหรับแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า, ระบบตัวปล่อยตู้เย็นเพื่อกำจัดความร้อนส่วนเกินออกสู่อวกาศ, ช่องเครื่องมือวัด, บล็อกค้ำจุน มอเตอร์ไฟฟ้าพลาสม่าหรือไอออน และภาชนะสำหรับรองรับน้ำหนักบรรทุก .
ในระบบขับเคลื่อนกำลัง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์พลาสมาไฟฟ้า ในขณะที่สารหล่อเย็นก๊าซของเครื่องปฏิกรณ์ที่ผ่านแกนกลางจะเข้าสู่กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและคอมเพรสเซอร์ และส่งคืนกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ใน เป็นแบบวงปิด และไม่ถูกโยนขึ้นสู่อวกาศเหมือนกับในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ ซึ่งทำให้การออกแบบมีความน่าเชื่อถือและปลอดภัยมากขึ้น จึงเหมาะสำหรับการบินในอวกาศที่มีคนขับ
มีการวางแผนว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกใช้สำหรับลากจูงอวกาศที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการขนส่งสินค้าระหว่างการสำรวจดวงจันทร์หรือการสร้างวงโคจรเชิงซ้อนอเนกประสงค์ ข้อได้เปรียบจะไม่เพียงแต่การใช้ซ้ำองค์ประกอบของระบบขนส่ง (ซึ่ง Elon Musk พยายามบรรลุในโครงการอวกาศ SpaceX ของเขา) แต่ยังรวมถึงความสามารถในการขนส่งสินค้ามากกว่าสามเท่าบนจรวดด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นเคมีที่มีกำลังเทียบเท่ากัน โดยการลดมวลการปล่อยตัวของระบบขนส่ง การออกแบบการติดตั้งแบบพิเศษทำให้ปลอดภัยต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อมบนโลก
ในปี 2014 องค์ประกอบเชื้อเพลิงการออกแบบมาตรฐาน (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) สำหรับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้านิวเคลียร์นี้ได้ถูกประกอบขึ้นที่ JSC Mashinostroitelny Zavod ใน Elektrostal และในปี 2016 ได้ทำการทดสอบเครื่องจำลองตะกร้าแกนเครื่องปฏิกรณ์
ขณะนี้ (ในปี 2560) งานกำลังดำเนินการเกี่ยวกับการผลิตองค์ประกอบโครงสร้างของการติดตั้งและการทดสอบส่วนประกอบและชุดประกอบบนแบบจำลอง รวมถึงการทดสอบระบบการแปลงพลังงานของเครื่องจักรเทอร์โบและหน่วยกำลังต้นแบบโดยอัตโนมัติ งานเสร็จมีกำหนดสิ้นปี 2561 ปีหน้า แต่ตั้งแต่ปี 2558 งานในมือเริ่มสะสม
ดังนั้นทันทีที่มีการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งนี้ รัสเซียจะกลายเป็นประเทศแรกในโลกที่มีเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ ซึ่งจะเป็นพื้นฐานไม่เพียงแต่สำหรับโครงการในอนาคตสำหรับการสำรวจระบบสุริยะเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงพลังงานภาคพื้นดินและนอกโลกด้วย . โรงไฟฟ้านิวเคลียร์อวกาศสามารถใช้เพื่อสร้างระบบสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกลสู่โลกหรือไปยังโมดูลอวกาศโดยใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า และนี่ก็จะกลายเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งอนาคตที่ประเทศเราจะเป็นผู้นำ
จากการพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าพลาสมา ระบบขับเคลื่อนอันทรงพลังจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการบินของมนุษย์ในระยะไกลสู่อวกาศ และประการแรกคือ สำหรับการสำรวจดาวอังคาร ซึ่งสามารถเข้าถึงวงโคจรได้ในเวลาเพียง 1.5 เดือน และไม่ใช่ใน มากกว่าหนึ่งปีเหมือนกับเมื่อใช้เครื่องยนต์ไอพ่นเคมีทั่วไป
และอนาคตจะเริ่มต้นด้วยการปฏิวัติพลังงานเสมอ และไม่มีอะไรอื่นอีก พลังงานถือเป็นพลังงานหลักและเป็นปริมาณการใช้พลังงานที่ส่งผลต่อความก้าวหน้าทางเทคนิค ความสามารถในการป้องกัน และคุณภาพชีวิตของผู้คน

เครื่องยนต์จรวดพลาสมาทดลองของ NASA

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชาวโซเวียต Nikolai Kardashev เสนอระดับการพัฒนาอารยธรรมย้อนกลับไปในปี 1964 ตามระดับนี้ ระดับการพัฒนาทางเทคโนโลยีของอารยธรรมขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ประชากรโลกใช้เพื่อความต้องการ ดังนั้นอารยธรรมประเภทที่ 1 จึงใช้ทรัพยากรทั้งหมดที่มีอยู่บนโลก อารยธรรม Type II - รับพลังงานของดาวฤกษ์ในระบบที่มันตั้งอยู่ และอารยธรรมประเภทที่ 3 ใช้พลังงานที่มีอยู่จากกาแลคซีของมัน มนุษยชาติยังไม่สุกงอมพอที่จะมีอารยธรรมประเภท 1 ในระดับนี้ เราใช้เพียง 0.16% ของพลังงานสำรองที่มีศักยภาพทั้งหมดของโลก ซึ่งหมายความว่ารัสเซียและทั่วโลกมีพื้นที่ที่จะเติบโต และเทคโนโลยีนิวเคลียร์เหล่านี้จะเปิดทางให้ประเทศของเราไม่เพียงแต่ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเจริญรุ่งเรืองทางเศรษฐกิจในอนาคตด้วย
และบางที ทางเลือกเดียวสำหรับรัสเซียในแวดวงวิทยาศาสตร์และเทคนิคคือการสร้างความก้าวหน้าทางการปฏิวัติในเทคโนโลยีอวกาศนิวเคลียร์ เพื่อเอาชนะความล่าช้าหลายปีตามหลังผู้นำในการ "ก้าวกระโดด" เพียงครั้งเดียว และมุ่งตรงไปที่จุดกำเนิดของ การปฏิวัติทางเทคโนโลยีใหม่ในวัฏจักรต่อไปของการพัฒนาอารยธรรมมนุษย์ โอกาสพิเศษดังกล่าวตกอยู่กับประเทศใดประเทศหนึ่งเพียงครั้งเดียวทุกๆ สองสามศตวรรษ
น่าเสียดายที่รัสเซียซึ่งไม่ได้ให้ความสำคัญกับวิทยาศาสตร์พื้นฐานและคุณภาพการศึกษาระดับอุดมศึกษาและมัธยมศึกษาไม่เพียงพอในช่วง 25 ปีที่ผ่านมา อาจเสี่ยงที่จะสูญเสียโอกาสนี้ไปตลอดกาลหากโครงการนี้ถูกตัดทอนลงและนักวิจัยรุ่นใหม่ไม่สามารถเข้ามาแทนที่นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันและ วิศวกร ความท้าทายทางภูมิรัฐศาสตร์และเทคโนโลยีที่รัสเซียจะเผชิญในอีก 10-12 ปีข้างหน้าจะรุนแรงมาก เทียบได้กับภัยคุกคามในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 เพื่อรักษาอธิปไตยและบูรณภาพของรัสเซียในอนาคต จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องเริ่มฝึกอบรมผู้เชี่ยวชาญที่สามารถตอบสนองต่อความท้าทายเหล่านี้และสร้างสิ่งใหม่ที่เป็นพื้นฐาน
มีเวลาเพียงประมาณ 10 ปีในการเปลี่ยนรัสเซียให้กลายเป็นศูนย์กลางทางปัญญาและเทคโนโลยีระดับโลก และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นไม่ได้หากปราศจากการเปลี่ยนแปลงคุณภาพการศึกษาอย่างจริงจัง สำหรับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี จำเป็นต้องกลับไปสู่ระบบการศึกษา (ทั้งโรงเรียนและมหาวิทยาลัย) มุมมองที่เป็นระบบเกี่ยวกับภาพโลก พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ และความสมบูรณ์ทางอุดมการณ์
ในส่วนของความซบเซาในอุตสาหกรรมอวกาศในปัจจุบัน เรื่องนี้ไม่ได้น่ากลัวแต่อย่างใด หลักการทางกายภาพซึ่งใช้เทคโนโลยีอวกาศสมัยใหม่จะเป็นที่ต้องการมาเป็นเวลานานในภาคบริการดาวเทียมทั่วไป ขอให้เราจำไว้ว่ามนุษยชาติใช้การเดินเรือเป็นเวลา 5.5 พันปี และยุคของไอน้ำกินเวลาเกือบ 200 ปีและเฉพาะในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่โลกเริ่มเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอีกครั้งหนึ่งซึ่งก่อให้เกิดคลื่นแห่งนวัตกรรม และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเทคโนโลยีซึ่งท้ายที่สุดก็เปลี่ยนแปลงทั้งเศรษฐกิจโลกและการเมือง สิ่งสำคัญคือการอยู่ที่ต้นกำเนิดของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ [ป้องกันอีเมล] ,
เว็บไซต์: https://delpress.ru/information-for-subscribers.html

คุณสามารถสมัครรับนิตยสาร Arsenal of the Fatherland เวอร์ชันอิเล็กทรอนิกส์ได้โดยใช้ลิงก์
ค่าสมัครสมาชิกรายปี -
12,000 ถู

เมื่อถึงปลายทศวรรษนี้ ยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์สำหรับการเดินทางข้ามดาวเคราะห์อาจถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย และสิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงสถานการณ์อย่างมากทั้งในอวกาศใกล้โลกและบนโลกเอง

โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (NPP) จะพร้อมบินในปี 2561 ประกาศนี้โดยผู้อำนวยการศูนย์ Keldysh นักวิชาการ อนาโตลี โคโรเตฟ. “เราต้องเตรียมตัวอย่างแรก (ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ – บันทึกของผู้เชี่ยวชาญออนไลน์) สำหรับการทดสอบการบินในปี 2561 ไม่ว่าเธอจะบินหรือไม่ก็อีกเรื่องหนึ่ง อาจมีคิว แต่เธอต้องพร้อมที่จะบิน” RIA Novosti รายงานคำพูดของเขา ข้างต้นหมายความว่าหนึ่งในโครงการโซเวียต - รัสเซียที่ทะเยอทะยานที่สุดในด้านการสำรวจอวกาศกำลังเข้าสู่ขั้นตอนของการปฏิบัติจริงในทันที

สาระสำคัญของโครงการนี้มีรากฐานมาจากกลางศตวรรษที่ผ่านมาคือสิ่งนี้ ขณะนี้การบินสู่อวกาศใกล้โลกดำเนินการด้วยจรวดที่เคลื่อนที่เนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเหลวหรือของแข็งในเครื่องยนต์ โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือเครื่องยนต์แบบเดียวกับในรถยนต์ เฉพาะในรถยนต์เท่านั้นที่ใช้น้ำมันเบนซินเมื่อถูกเผาไหม้ให้ดันลูกสูบในกระบอกสูบแล้วถ่ายเทพลังงานผ่านพวกมันไปยังล้อ และในเครื่องยนต์จรวด การเผาน้ำมันก๊าดหรือเฮปทิลจะผลักจรวดไปข้างหน้าโดยตรง

ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยีจรวดนี้ได้รับการปรับปรุงให้สมบูรณ์แบบทั่วโลกจนถึงรายละเอียดที่เล็กที่สุด แต่นักวิทยาศาสตร์ด้านจรวดเองก็ยอมรับว่า การปรับปรุง - ใช่ มันจำเป็น กำลังพยายามเพิ่มน้ำหนักบรรทุกของจรวดจากปัจจุบัน 23 ตันเป็น 100 และแม้แต่ 150 ตันตามเครื่องยนต์สันดาปที่ "ปรับปรุง" - ใช่คุณต้องลอง แต่นี่เป็นทางตันจากมุมมองของวิวัฒนาการ " ไม่ว่าผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องยนต์จรวดทั่วโลกจะทำงานมากน้อยเพียงใด ผลลัพธ์สูงสุดที่เราได้รับจะถูกคำนวณเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ พูดโดยคร่าวๆ ทุกสิ่งทุกอย่างถูกบีบออกจากเครื่องยนต์จรวดที่มีอยู่ ไม่ว่าจะเป็นเชื้อเพลิงเหลวหรือเชื้อเพลิงแข็ง และการพยายามเพิ่มแรงผลักดันและแรงกระตุ้นเฉพาะนั้นไร้ประโยชน์ ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ให้การเพิ่มขึ้นหลายเท่า จากตัวอย่างการบินไปดาวอังคาร ตอนนี้ใช้เวลาบินไปและกลับประมาณหนึ่งปีครึ่งถึงสองปี แต่จะสามารถบินได้ภายในสองถึงสี่เดือน “ - อดีตหัวหน้าองค์การอวกาศสหพันธรัฐรัสเซียประเมินสถานการณ์ในคราวเดียว อนาโตลี เปอร์มินอฟ.

ดังนั้นย้อนกลับไปในปี 2010 ประธานาธิบดีรัสเซียในขณะนั้นและปัจจุบันเป็นนายกรัฐมนตรี มิทรี เมดเวเดฟภายในสิ้นทศวรรษนี้ มีคำสั่งให้สร้างโมดูลการขนส่งอวกาศและพลังงานในประเทศของเราโดยใช้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ มีการวางแผนที่จะจัดสรร 17 พันล้านรูเบิลจากงบประมาณของรัฐบาลกลาง Roscosmos และ Rosatom สำหรับการพัฒนาโครงการนี้จนถึงปี 2561 7.2 พันล้านของจำนวนนี้ถูกจัดสรรให้กับ บริษัท ของรัฐ Rosatom เพื่อสร้างโรงงานเครื่องปฏิกรณ์ (ซึ่งดำเนินการโดยสถาบันวิจัยและออกแบบวิศวกรรมพลังงาน Dollezhal) 4 พันล้าน - ไปยังศูนย์ Keldysh เพื่อสร้างพลังงานนิวเคลียร์ โรงงานขับเคลื่อน RSC Energia จัดสรรเงิน 5.8 พันล้านรูเบิลเพื่อสร้างโมดูลการขนส่งและพลังงานนั่นคือเรือจรวด

โดยธรรมชาติแล้วงานทั้งหมดนี้ไม่ได้ทำในสุญญากาศตั้งแต่ปี 1970 ถึง 1988 เฉพาะสหภาพโซเวียตเท่านั้นที่ปล่อยดาวเทียมสอดแนมมากกว่าสามโหลขึ้นสู่อวกาศ พร้อมกับติดตั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พลังงานต่ำ เช่น บุค และโทปาซ พวกเขาถูกใช้เพื่อสร้างระบบทุกสภาพอากาศสำหรับการติดตามเป้าหมายบนพื้นผิวทั่วมหาสมุทรโลก และออกการกำหนดเป้าหมายพร้อมการส่งผ่านไปยังผู้ให้บริการอาวุธหรือสถานีบัญชาการ - ระบบลาดตระเวนและกำหนดเป้าหมายพื้นที่กองทัพเรือ Legend (1978)

NASA และบริษัทอเมริกันที่ผลิตยานอวกาศและยานพาหนะขนส่งของพวกเขาไม่สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่จะทำงานได้อย่างเสถียรในอวกาศในช่วงเวลานี้ แม้ว่าพวกเขาจะพยายามสามครั้งก็ตาม ดังนั้นในปี 1988 องค์การสหประชาชาติจึงสั่งห้ามการใช้ยานอวกาศที่มีระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์และการผลิตดาวเทียมประเภท US-A ที่มีการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์บนเรือในสหภาพโซเวียตก็ถูกยกเลิก

ในแบบคู่ขนานในช่วงทศวรรษที่ 60-70 ของศตวรรษที่ผ่านมา Keldysh Center ดำเนินงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์ไอออน (เครื่องยนต์ไฟฟ้าพลาสมา) ซึ่งเหมาะสมที่สุดสำหรับการสร้างระบบขับเคลื่อนกำลังสูงที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ผลิตความร้อนซึ่งถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า ซีนอนก๊าซเฉื่อยในเครื่องยนต์ดังกล่าวจะถูกแตกตัวเป็นไอออนก่อน จากนั้นอนุภาคที่มีประจุบวก (ไอออนซีนอนบวก) จะถูกเร่งในสนามไฟฟ้าสถิตตามความเร็วที่กำหนด และสร้างแรงขับเมื่อออกจากเครื่องยนต์ นี่คือหลักการทำงานของเครื่องยนต์ไอออน ซึ่งเป็นต้นแบบที่ได้ถูกสร้างขึ้นที่ Keldysh Center แล้ว

« ในช่วงทศวรรษที่ 90 ของศตวรรษที่ 20 พวกเราที่ Keldysh Center กลับมาทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอออนอีกครั้ง ตอนนี้ต้องสร้างความร่วมมือใหม่สำหรับโครงการที่ทรงพลังเช่นนี้ มีต้นแบบของเครื่องยนต์ไอออนซึ่งสามารถทดสอบโซลูชันทางเทคโนโลยีและการออกแบบขั้นพื้นฐานได้อยู่แล้ว แต่ยังคงต้องสร้างผลิตภัณฑ์มาตรฐาน เรามีกำหนดเวลา - ภายในปี 2561 ผลิตภัณฑ์ควรจะพร้อมสำหรับการทดสอบการบิน และภายในปี 2558 การทดสอบเครื่องยนต์หลักควรจะเสร็จสิ้น ถัดไป - การทดสอบชีวิตและการทดสอบของทั้งหน่วยโดยรวม“ เมื่อปีที่แล้วหัวหน้าแผนกอิเล็กโทรฟิสิกส์ของศูนย์วิจัยซึ่งตั้งชื่อตาม M.V. Keldysh ศาสตราจารย์ คณะวิจัยอากาศฟิสิกส์และอวกาศ MIPT โอเล็ก กอร์ชคอฟ.

ประโยชน์เชิงปฏิบัติสำหรับรัสเซียจากการพัฒนาเหล่านี้คืออะไร?ผลประโยชน์นี้เกินกว่า 17 พันล้านรูเบิลที่รัฐตั้งใจที่จะใช้ภายในปี 2561 เพื่อสร้างยานปล่อยที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนเรือที่มีกำลังการผลิต 1 เมกะวัตต์ ประการแรก นี่เป็นการขยายขีดความสามารถของประเทศและมนุษยชาติโดยรวมอย่างมาก ยานอวกาศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์มอบโอกาสที่แท้จริงให้กับผู้คนในการทำสิ่งต่าง ๆ บนดาวเคราะห์ดวงอื่นให้สำเร็จ ปัจจุบันหลายประเทศมีเรือประเภทนี้ พวกเขากลับมาดำเนินการอีกครั้งในสหรัฐอเมริกาในปี 2546 หลังจากที่ชาวอเมริกันได้รับตัวอย่างดาวเทียมรัสเซียสองตัวอย่างที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

อย่างไรก็ตามถึงแม้จะเป็นเช่นนี้ สมาชิกของคณะกรรมาธิการพิเศษของ NASA ในเที่ยวบินที่มีคนขับ เอ็ดเวิร์ด โครว์ลีย์ตัวอย่างเช่น เขาเชื่อว่าเรือสำหรับการบินระหว่างประเทศไปยังดาวอังคารควรมีเครื่องยนต์นิวเคลียร์ของรัสเซีย " ประสบการณ์ของรัสเซียในการพัฒนาเครื่องยนต์นิวเคลียร์เป็นที่ต้องการ ฉันคิดว่ารัสเซียมีประสบการณ์มากมายทั้งในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดและเทคโนโลยีนิวเคลียร์ เธอยังมีประสบการณ์มากมายในการปรับตัวของมนุษย์ให้เข้ากับสภาพอวกาศ เนื่องจากนักบินอวกาศชาวรัสเซียทำการบินระยะไกลมาก “” โครว์ลีย์กล่าวกับผู้สื่อข่าวเมื่อฤดูใบไม้ผลิที่แล้วหลังจากการบรรยายที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโกเกี่ยวกับแผนการของอเมริกาสำหรับการสำรวจอวกาศโดยมนุษย์

ประการที่สองเรือดังกล่าวทำให้สามารถกระชับกิจกรรมในพื้นที่ใกล้โลกได้อย่างรวดเร็วและให้โอกาสที่แท้จริงในการเริ่มต้นการล่าอาณานิคมของดวงจันทร์ (มีโครงการสำหรับการก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์บนดาวเทียมของโลกอยู่แล้ว) " การใช้ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์กำลังได้รับการพิจารณาสำหรับระบบที่มีคนขับขนาดใหญ่ มากกว่าสำหรับยานอวกาศขนาดเล็ก ซึ่งสามารถบินบนการติดตั้งประเภทอื่นโดยใช้เครื่องยนต์ไอออนหรือพลังงานลมสุริยะ ระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์พร้อมเครื่องยนต์ไอออนสามารถใช้กับเรือลากจูงที่นำกลับมาใช้ใหม่ระหว่างวงโคจรได้ ตัวอย่างเช่น การขนส่งสินค้าระหว่างวงโคจรต่ำและสูง และบินไปยังดาวเคราะห์น้อย คุณสามารถสร้างการลากจูงทางจันทรคติแบบใช้ซ้ำได้หรือส่งการสำรวจไปยังดาวอังคาร“ ศาสตราจารย์ Oleg Gorshkov กล่าว เรือประเภทนี้กำลังเปลี่ยนแปลงเศรษฐศาสตร์ของการสำรวจอวกาศไปอย่างมาก จากการคำนวณของผู้เชี่ยวชาญ RSC Energia ยานส่งพลังงานนิวเคลียร์ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการปล่อยน้ำหนักบรรทุกขึ้นสู่วงโคจรดวงจันทร์ได้มากกว่าครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์จรวดเหลว

ที่สามซึ่งเป็นวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่จะถูกสร้างขึ้นในระหว่างการดำเนินโครงการนี้ จากนั้นจึงนำเข้าสู่อุตสาหกรรมอื่นๆ เช่น โลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล เป็นต้น นั่นคือนี่เป็นหนึ่งในโครงการที่ก้าวหน้าที่สามารถผลักดันทั้งเศรษฐกิจรัสเซียและเศรษฐกิจโลกไปข้างหน้าได้อย่างแท้จริง

ไดรฟ์อวกาศของกองทัพรัสเซีย

เสียงรบกวนมากมายในสื่อและโซเชียลเน็ตเวิร์กเกิดจากคำกล่าวของวลาดิมีร์ ปูตินที่ว่ารัสเซียกำลังทดสอบขีปนาวุธร่อนรุ่นใหม่เกือบ ไม่ จำกัดพิสัยทำการและดังนั้นจึงแทบจะคงกระพันต่อระบบป้องกันขีปนาวุธที่มีอยู่และที่วางแผนไว้ทั้งหมด

“เมื่อปลายปี 2560 รัสเซียได้ปล่อยขีปนาวุธล่องเรือลำล่าสุดด้วย นิวเคลียร์ พลังงาน การติดตั้ง. ในระหว่างการบิน โรงไฟฟ้ามีกำลังไฟฟ้าถึงระดับที่กำหนด และให้แรงขับตามที่กำหนด” ปูตินกล่าวระหว่างการปราศรัยตามประเพณีต่อรัฐสภา

ขีปนาวุธดังกล่าวถูกกล่าวถึงในบริบทของการพัฒนาขั้นสูงอื่นๆ ของรัสเซียในด้านอาวุธ พร้อมด้วยขีปนาวุธข้ามทวีป Sarmat ใหม่ ขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียง Kinzhal เป็นต้น ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจเลยที่คำกล่าวของปูตินได้รับการวิเคราะห์เป็นหลักใน สายเลือดการเมืองการทหาร อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง คำถามนั้นกว้างกว่ามาก ดูเหมือนว่ารัสเซียจวนจะเชี่ยวชาญเทคโนโลยีที่แท้จริงแห่งอนาคต สามารถนำการเปลี่ยนแปลงที่ปฏิวัติวงการมาสู่เทคโนโลยีจรวดและอวกาศ และอื่นๆ อีกมากมาย แต่สิ่งแรกก่อนอื่น…

เทคโนโลยีเจ็ท: ทางตัน "เคมี"

เกือบแล้ว หนึ่งร้อยปีเมื่อเราพูดถึงเครื่องยนต์ไอพ่น เรามักจะหมายถึงเครื่องยนต์ไอพ่นเคมี ทั้งเครื่องบินไอพ่นและจรวดอวกาศขับเคลื่อนด้วยพลังงานที่ได้รับจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงบนเรือ

โดยทั่วไปแล้ว มันทำงานดังนี้: เชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ โดยผสมกับตัวออกซิไดเซอร์ (อากาศในบรรยากาศในเครื่องยนต์ไอพ่นหรือออกซิเจนจากปริมาณสำรองในเครื่องยนต์จรวด) จากนั้นส่วนผสมจะติดไฟและปล่อยพลังงานจำนวนมากในรูปของความร้อนอย่างรวดเร็ว ซึ่งถูกถ่ายโอนไปยังก๊าซที่เผาไหม้ เมื่อถูกความร้อน ก๊าซจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและในขณะเดียวกันก็บีบตัวออกมาผ่านหัวฉีดของเครื่องยนต์ด้วยความเร็วพอสมควร กระแสไอพ่นปรากฏขึ้นและแรงขับของไอพ่นถูกสร้างขึ้น โดยผลักเครื่องบินไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของการไหลของไอพ่น

He 178 และ Falcon Heavy เป็นผลิตภัณฑ์และเครื่องยนต์ที่แตกต่างกัน แต่ไม่ได้เปลี่ยนสาระสำคัญ

เครื่องยนต์ไอพ่นและจรวดมีความหลากหลาย (ตั้งแต่เครื่องบินไอพ่น Heinkel 178 ลำแรกไปจนถึง Falcon Heavy ของ Elon Musk) ใช้หลักการนี้อย่างชัดเจน - มีเพียงแนวทางในการใช้งานเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง และนักออกแบบจรวดทุกคนถูกบังคับไม่ทางใดก็ทางหนึ่งให้ต้องยอมรับข้อเสียเปรียบพื้นฐานของหลักการนี้: ความจำเป็นในการบรรทุกเชื้อเพลิงที่ใช้ไปอย่างรวดเร็วจำนวนมากบนเครื่องบิน ยิ่งเครื่องยนต์ต้องทำงานมากเท่าไร จะต้องมีเชื้อเพลิงอยู่บนเครื่องมากขึ้นเท่านั้น และน้ำหนักบรรทุกที่เครื่องบินจะบรรทุกได้น้อยลงเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น น้ำหนักบินขึ้นสูงสุดของเครื่องบินโบอิ้ง 747-200 คือประมาณ 380 ตัน ในจำนวนนี้ 170 ตันสำหรับตัวเครื่องบิน ประมาณ 70 ตันสำหรับน้ำหนักบรรทุก (น้ำหนักของสินค้าและผู้โดยสาร) และ 140 ตัน หรือประมาณ 35% น้ำหนักเชื้อเพลิงซึ่งเผาไหม้ในอากาศในอัตราประมาณ 15 ตันต่อชั่วโมง นั่นคือสำหรับสินค้าทุกตันจะมีเชื้อเพลิง 2.5 ตัน และจรวด Proton-M ซึ่งใช้ในการปล่อยสินค้า 22 ตันสู่วงโคจรอ้างอิงต่ำนั้นใช้เชื้อเพลิงประมาณ 630 ตันหรือเกือบ 30 ตันของเชื้อเพลิงต่อตันของน้ำหนักบรรทุก อย่างที่คุณเห็น "ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ" นั้นมากกว่าแค่เจียมเนื้อเจียมตัว

ถ้าเราพูดถึงเที่ยวบินระยะไกลจริงๆ เช่น ไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะ อัตราส่วนปริมาณเชื้อเพลิงก็จะกลายเป็นเรื่องธรรมดาไปเลย ตัวอย่างเช่น จรวด American Saturn 5 สามารถขนส่งสินค้าได้ 45 ตันไปยังดวงจันทร์ ในขณะที่เผาผลาญเชื้อเพลิงมากกว่า 2,000 ตัน และ Falcon Heavy ของ Elon Musk ซึ่งมีมวลการปล่อยหนึ่งพันห้าพันตันสามารถขนส่งสินค้าได้เพียง 15 ตันสู่วงโคจรดาวอังคารซึ่งก็คือ 0.1% ของมวลเริ่มต้น

นั่นเป็นเหตุผลที่บรรจุคน บินไปดวงจันทร์ยังคงเป็นงานที่จำกัดความสามารถทางเทคโนโลยีของมนุษยชาติ และการบินไปดาวอังคารก็เกินขีดจำกัดเหล่านี้ ที่แย่ไปกว่านั้น: เป็นไปไม่ได้อีกต่อไปที่จะขยายขีดความสามารถเหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ยังคงปรับปรุงขีปนาวุธเคมีต่อไป ในการพัฒนาของพวกเขา มนุษยชาติได้ “มาถึง” ขีดจำกัดที่กำหนดโดยกฎแห่งธรรมชาติแล้ว เพื่อที่จะก้าวต่อไป จำเป็นต้องมีแนวทางที่แตกต่างโดยพื้นฐาน

แรงผลักดัน "อะตอม"

การเผาไหม้เชื้อเพลิงเคมีหยุดเป็นวิธีการผลิตพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดมานานแล้ว

จากถ่านหิน 1 กิโลกรัม คุณจะได้พลังงานประมาณ 7 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ในขณะที่ยูเรเนียม 1 กิโลกรัมมีพลังงานประมาณ 620,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง

และถ้าคุณสร้างเครื่องยนต์ที่จะรับพลังงานจากนิวเคลียร์ ไม่ใช่จากกระบวนการทางเคมี เครื่องยนต์ดังกล่าวก็จะต้องการ นับหมื่น(!) ใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่าเท่าตัวในการทำงานแบบเดียวกัน ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์ไอพ่นสามารถกำจัดได้ด้วยวิธีนี้ อย่างไรก็ตาม จากแนวคิดไปสู่การปฏิบัติ มีเส้นทางยาวไกลที่ต้องแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนมากมาย ประการแรก จำเป็นต้องสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีน้ำหนักเบาและกะทัดรัดพอที่จะติดตั้งบนเครื่องบินได้ ประการที่สอง มีความจำเป็นต้องคิดให้แน่ชัดว่าจะใช้พลังงานจากการสลายตัวของนิวเคลียสของอะตอมเพื่อให้ความร้อนแก่ก๊าซในเครื่องยนต์และสร้างกระแสเจ็ตได้อย่างไร

ตัวเลือกที่ชัดเจนที่สุดคือเพียงส่งก๊าซผ่านแกนเครื่องปฏิกรณ์ร้อน อย่างไรก็ตามเมื่อมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับส่วนประกอบเชื้อเพลิง ก๊าซนี้จะกลายเป็น กัมมันตภาพรังสีมาก. การปล่อยให้เครื่องยนต์อยู่ในรูปของกระแสไอพ่น มันจะปนเปื้อนทุกสิ่งรอบตัวอย่างรุนแรง ดังนั้นการใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวในชั้นบรรยากาศจึงเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ ซึ่งหมายความว่าความร้อนจากแกนกลางจะต้องถูกถ่ายเทออกไปด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง แต่จะเป็นอย่างไรล่ะ? และคุณสามารถหาวัสดุที่สามารถรักษาคุณสมบัติทางโครงสร้างได้นานหลายชั่วโมงในอุณหภูมิสูงเช่นนี้ได้ที่ไหน?

ยังง่ายกว่าที่จะจินตนาการถึงการใช้พลังงานนิวเคลียร์ใน "ยานพาหนะใต้ทะเลลึกไร้คนขับ" ที่ปูตินกล่าวถึงในข้อความเดียวกันด้วย ในความเป็นจริง มันจะเหมือนกับซุปเปอร์ตอร์ปิโดที่จะดูดน้ำทะเล แล้วเปลี่ยนเป็นไอร้อน ซึ่งจะกลายเป็นกระแสน้ำเจ็ต ตอร์ปิโดดังกล่าวจะสามารถเดินทางใต้น้ำได้หลายพันกิโลเมตร เคลื่อนที่ได้ทุกระดับความลึก และสามารถโจมตีเป้าหมายใดๆ ในทะเลหรือบนชายฝั่งได้ ในขณะเดียวกันก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสกัดกั้นระหว่างทางไปยังเป้าหมาย

ในขณะนี้ดูเหมือนว่ารัสเซียยังไม่มีตัวอย่างอุปกรณ์ดังกล่าวพร้อมที่จะให้บริการ สำหรับขีปนาวุธร่อนพลังงานนิวเคลียร์ที่ปูตินพูดถึงนั้น เห็นได้ชัดว่าเรากำลังพูดถึงการทดสอบการปล่อย "แบบจำลองขนาดใหญ่" ของขีปนาวุธดังกล่าวพร้อมเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าแทนที่จะเป็นขีปนาวุธ นี่คือสิ่งที่คำพูดของปูตินเกี่ยวกับ "การเข้าถึงกำลังที่กำหนด" และ "ระดับแรงขับที่เหมาะสม" อาจหมายถึง - การตรวจสอบว่าเครื่องยนต์ของอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถทำงานได้ด้วย "พารามิเตอร์อินพุต" ดังกล่าวหรือไม่ แน่นอนว่าแตกต่างจากตัวอย่างที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ตรงที่ผลิตภัณฑ์ "แบบจำลอง" ไม่สามารถบินได้ในระยะไกลที่สำคัญ แต่ก็ไม่จำเป็น การใช้ตัวอย่างดังกล่าวทำให้สามารถหาวิธีแก้ปัญหาทางเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับส่วน "แรงขับ" เพียงอย่างเดียวได้ ในขณะที่เครื่องปฏิกรณ์กำลังอยู่ในขั้นตอนสุดท้ายและทดสอบที่จุดยืน เวลาระหว่างขั้นตอนนี้กับการส่งมอบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปอาจค่อนข้างสั้น – หนึ่งหรือสองปี

ถ้าเครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถใช้ในขีปนาวุธล่องเรือได้ แล้วอะไรจะป้องกันไม่ให้ถูกนำมาใช้ในการบิน? จินตนาการ สายการบินพลังงานนิวเคลียร์,สามารถเดินทางได้นับหมื่นกิโลเมตรโดยไม่ต้องลงจอดหรือเติมน้ำมัน โดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงการบินราคาแพงหลายร้อยตัน! โดยทั่วไปเรากำลังพูดถึง การค้นพบที่อาจก่อให้เกิดการปฏิวัติภาคการขนส่งอย่างแท้จริงในอนาคต...

ดาวอังคารอยู่ข้างหน้าเหรอ?

อย่างไรก็ตาม จุดประสงค์หลักของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดูเหมือนจะน่าตื่นเต้นกว่ามาก นั่นคือ การกลายเป็นหัวใจนิวเคลียร์ของยานอวกาศรุ่นใหม่ ซึ่งจะสร้างการเชื่อมโยงการขนส่งที่เชื่อถือได้กับดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ แน่นอนว่าเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทที่ใช้อากาศภายนอกไม่สามารถใช้ในพื้นที่ไร้อากาศได้ ไม่ว่าใครจะพูดอะไร คุณจะต้องนำสสารติดตัวไปด้วยเพื่อสร้างกระแสน้ำเจ็ตที่นี่ ภารกิจคือการใช้งานอย่างประหยัดมากขึ้นในระหว่างการใช้งานและด้วยเหตุนี้อัตราการไหลของสารจากหัวฉีดของเครื่องยนต์จะต้องสูงที่สุดเท่าที่จะทำได้ ในเครื่องยนต์จรวดเคมี ความเร็วนี้สูงถึง 5,000 เมตรต่อวินาที (ปกติ 2-3,000 เมตร) และไม่สามารถเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญได้

ความเร็วที่มากขึ้นสามารถทำได้โดยใช้หลักการที่แตกต่างกันในการสร้างกระแสเจ็ต - การเร่งความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ (ไอออน) ด้วยสนามไฟฟ้า ความเร็วของไอพ่นในเครื่องยนต์ไอออนสามารถเข้าถึง 70,000 เมตรต่อวินาทีนั่นคือเพื่อให้ได้การเคลื่อนไหวที่เท่ากันจึงจำเป็นต้องใช้สสารน้อยลง 20-30 เท่า จริงอยู่เครื่องยนต์ดังกล่าวจะใช้พลังงานไฟฟ้าค่อนข้างมาก และเพื่อผลิตพลังงานนี้ คุณจะต้องมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

แบบจำลองการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์

เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า (ไอออนและพลาสมา) มีอยู่แล้ว เช่น ย้อนกลับไปในปี 1971สหภาพโซเวียตเปิดตัวยานอวกาศ Meteor ขึ้นสู่วงโคจรด้วยเครื่องยนต์พลาสมาแบบอยู่กับที่ SPD-60 ซึ่งพัฒนาโดยสำนักออกแบบ Fakel ปัจจุบันมีการใช้เครื่องยนต์ที่คล้ายกันเพื่อแก้ไขวงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม แต่กำลังของพวกมันไม่เกิน 3–4 กิโลวัตต์ (5 แรงม้าครึ่ง)

อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2558 ศูนย์วิจัยได้ตั้งชื่อตาม Keldysh ประกาศสร้างเครื่องยนต์ไอออนต้นแบบที่มีพลังระดับ 35 กิโลวัตต์(48 แรงม้า) ฟังดูไม่น่าประทับใจนัก แต่เครื่องยนต์เหล่านี้หลายตัวเพียงพอที่จะขับเคลื่อนยานอวกาศที่เคลื่อนที่ในความว่างเปล่าและอยู่ห่างจากสนามโน้มถ่วงที่รุนแรง ความเร่งที่เครื่องยนต์ดังกล่าวจะส่งให้กับยานอวกาศจะมีน้อยแต่จะสามารถรักษาไว้ได้เป็นเวลานาน (เครื่องยนต์ไอออนที่มีอยู่มีเวลาทำงานต่อเนื่องกัน นานถึงสามปี).

ในยานอวกาศสมัยใหม่ เครื่องยนต์จรวดจะทำงานในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น ในขณะที่ส่วนหลักของการบินนั้นเรือจะบินด้วยความเฉื่อย เครื่องยนต์ไอออนซึ่งได้รับพลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จะทำงานตลอดการบิน ในช่วงครึ่งแรกจะเร่งเรือ ในครึ่งหลังจะเบรก การคำนวณแสดงให้เห็นว่ายานอวกาศดังกล่าวสามารถไปถึงวงโคจรของดาวอังคารได้ภายใน 30-40 วันและไม่ใช่ในหนึ่งปีเหมือนเรือที่มีเครื่องยนต์เคมีและยังมีโมดูลสืบเชื้อสายที่สามารถนำบุคคลไปยังพื้นผิวสีแดงได้ด้วย ดาวเคราะห์แล้วรับเขาขึ้นมาจากที่นั่น

ส่งข้อความถึงสมัชชาแห่งชาติ ส่วนหนึ่งของสุนทรพจน์ของเขาที่เกี่ยวข้องกับประเด็นด้านการป้องกันกลายเป็นหัวข้อสนทนาที่มีชีวิตชีวา ประมุขแห่งรัฐนำเสนออาวุธใหม่

เรากำลังพูดถึงการวางโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ขนาดเล็กและทรงพลังพิเศษไว้ในตัวของขีปนาวุธร่อนจากอากาศสู่พื้น X-101

Militaryrussia.ru ขีปนาวุธล่องเรือ X-101 เนื่องจากขีปนาวุธดังกล่าวซึ่งมีหัวรบนิวเคลียร์นั้นไม่มีข้อ จำกัด ในระยะการบินและไม่สามารถคาดเดาวิถีของมันได้ มันจึงลบล้างประสิทธิภาพของการป้องกันขีปนาวุธและการป้องกันทางอากาศใด ๆ และดังนั้นจึงมีศักยภาพที่จะ สร้างความเสียหายอย่างมิอาจแก้ไขให้กับประเทศใด ๆ ในโลก ตามที่ประธานาธิบดีระบุ ณ สิ้นปี 2560 อาวุธนี้ได้รับการทดสอบสำเร็จ และยังไม่มีใครในโลกนี้มีอะไรแบบนี้อีก

สื่อตะวันตกบางสื่อไม่เชื่อเกี่ยวกับข้อมูลที่ปูตินเปล่งออกมา ดังนั้นเจ้าหน้าที่อเมริกันที่รู้สถานะของศูนย์อุตสาหกรรมการทหารของรัสเซียในการสนทนากับ CNN จึงสงสัยว่ามีอาวุธที่อธิบายไว้อยู่ คู่สนทนาของหน่วยงานดังกล่าวกล่าวว่า สหรัฐฯ สังเกตการทดสอบขีปนาวุธครูซนิวเคลียร์ของรัสเซียจำนวนเล็กน้อย และเห็นอุบัติเหตุทั้งหมดที่เกิดขึ้นพร้อมกับพวกเขา “ไม่ว่าในกรณีใด หากรัสเซียโจมตีสหรัฐฯ จะต้องพบกับกำลังอย่างล้นหลาม” เจ้าหน้าที่กล่าวสรุป

ผู้เชี่ยวชาญในรัสเซียก็ไม่ได้ยืนเคียงข้างเช่นกัน ดังนั้น The Insider จึงได้รับความคิดเห็นจากหัวหน้าสถาบันปัญหาอวกาศ Ivan Moiseev ซึ่งพิจารณาว่าขีปนาวุธล่องเรือไม่สามารถมีเครื่องยนต์นิวเคลียร์ได้

“สิ่งเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ และโดยทั่วไปก็ไม่จำเป็น คุณไม่สามารถวางเครื่องยนต์นิวเคลียร์บนขีปนาวุธล่องเรือได้ ใช่และไม่มีเครื่องยนต์ดังกล่าว มีเครื่องยนต์ระดับเมกะวัตต์ตัวหนึ่งที่อยู่ระหว่างการพัฒนา แต่มันเป็นเครื่องยนต์อวกาศ และแน่นอนว่าไม่มีการทดสอบใดที่สามารถทำได้ในปี 2560” มอยเซฟบอกกับสื่อสิ่งพิมพ์

“มีการพัฒนาบางอย่างที่คล้ายคลึงกันในสหภาพโซเวียต แต่ความคิดทั้งหมดที่จะนำเครื่องยนต์นิวเคลียร์ขึ้นสู่อากาศ แทนที่จะเป็นยานอวกาศ เช่น เครื่องบิน และขีปนาวุธร่อน ได้ถูกละทิ้งไปในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา” เขากล่าวเสริม

สหภาพโซเวียตมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สำหรับขีปนาวุธ งานสร้างสรรค์ของพวกเขาเริ่มขึ้นในปี 1947 อเมริกาไม่ได้ล้าหลังสหภาพโซเวียต ในปี พ.ศ. 2504 จอห์น เคนเนดี้ ได้ตั้งชื่อโครงการสร้างจรวดด้วยเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่ประเด็นสำคัญในการพิชิตอวกาศ แต่เนื่องจากเงินทุนมุ่งเน้นไปที่โครงการ Lunar จึงมีเงินไม่เพียงพอที่จะพัฒนาเครื่องยนต์นิวเคลียร์ และโครงการนี้จึงปิดตัวลง

สหภาพโซเวียตยังคงทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไม่เหมือนกับสหรัฐอเมริกา พวกเขาได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์เช่น Mstislav Keldysh, Igor Kurchatov และ Sergei Korolev ผู้ซึ่งไม่เหมือนกับผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันปัญหาอวกาศที่ประเมินความเป็นไปได้ในการสร้างจรวดด้วยแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ค่อนข้างสูง

ในปี 1978 มีการเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์เครื่องแรก 11B91 ตามด้วยการทดสอบอีกสองชุด - อุปกรณ์ที่สองและสาม 11B91-IR-100

กล่าวโดยสรุป สหภาพโซเวียตได้รับดาวเทียมที่มีแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ เมื่อวันที่ 24 มกราคม พ.ศ. 2521 เกิดเรื่องอื้อฉาวระดับนานาชาติครั้งใหญ่ คอสมอส-954 ดาวเทียมสอดแนมอวกาศของโซเวียตซึ่งมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่บนเครื่อง ชนเข้ากับดินแดนของแคนาดา ดินแดนบางแห่งได้รับการยอมรับว่ามีสารกัมมันตภาพรังสีปนเปื้อน ไม่มีผู้เสียชีวิตในหมู่ประชาชน ปรากฎว่าดาวเทียมดังกล่าวได้รับการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดโดยหน่วยข่าวกรองอเมริกัน ซึ่งรู้ว่าอุปกรณ์ดังกล่าวมีแหล่งพลังงานนิวเคลียร์

เนื่องจากเรื่องอื้อฉาวดังกล่าว สหภาพโซเวียตจึงต้องละทิ้งการปล่อยดาวเทียมดังกล่าวเป็นเวลาเกือบสามปี และปรับปรุงระบบความปลอดภัยทางรังสีอย่างจริงจัง

เมื่อวันที่ 30 สิงหาคม พ.ศ. 2525 ดาวเทียมสอดแนมพลังงานนิวเคลียร์อีกดวง คอสมอส-1402 ถูกส่งขึ้นจากไบโคนูร์ หลังจากเสร็จสิ้นภารกิจ อุปกรณ์ดังกล่าวก็ถูกทำลายโดยระบบความปลอดภัยทางรังสีของเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งไม่มีอยู่ก่อนหน้านี้

หลังจากการล่มสลายของสหภาพโซเวียต การพัฒนาทั้งหมดก็ถูกละทิ้ง แต่เห็นได้ชัดว่าพวกเขากลับมาทำงานต่อเมื่อไม่นานมานี้

รัสเซียเคยเป็นและปัจจุบันยังคงเป็นผู้นำในด้านพลังงานนิวเคลียร์ องค์กรต่างๆ เช่น RSC Energia และ Roscosmos มีประสบการณ์ในการออกแบบ ก่อสร้าง ปล่อยและปฏิบัติการยานอวกาศที่ติดตั้งแหล่งพลังงานนิวเคลียร์ เครื่องยนต์นิวเคลียร์ทำให้สามารถใช้งานเครื่องบินได้เป็นเวลาหลายปี ซึ่งเพิ่มความเหมาะสมในทางปฏิบัติอย่างมาก

พงศาวดารทางประวัติศาสตร์

ในเวลาเดียวกัน การส่งยานวิจัยขึ้นสู่วงโคจรของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลในระบบสุริยะนั้น จำเป็นต้องเพิ่มทรัพยากรของการติดตั้งนิวเคลียร์ดังกล่าวเป็น 5-7 ปี ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าคอมเพล็กซ์ที่มีระบบขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่มีกำลังประมาณ 1 เมกะวัตต์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของยานอวกาศวิจัยจะช่วยให้สามารถส่งดาวเทียมประดิษฐ์ของดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลที่สุด ยานสำรวจดาวเคราะห์ ไปยังพื้นผิวของ ดาวเทียมตามธรรมชาติของดาวเคราะห์เหล่านี้และการส่งดินจากดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย ดาวพุธ และดาวเทียมของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มายังโลก

เรือลากจูงแบบใช้ซ้ำได้ (MB)

วิธีที่สำคัญที่สุดวิธีหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินการขนส่งในอวกาศคือการใช้องค์ประกอบของระบบการขนส่งแบบนำกลับมาใช้ซ้ำได้ เครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับยานอวกาศที่มีกำลังอย่างน้อย 500 กิโลวัตต์ทำให้สามารถสร้างการลากจูงที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพของระบบขนส่งอวกาศแบบมัลติลิงก์ได้อย่างมาก ระบบดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งในโปรแกรมสำหรับจัดให้มีการไหลเวียนของสินค้าจำนวนมากต่อปี ตัวอย่างคือโครงการสำรวจดวงจันทร์ด้วยการสร้างและบำรุงรักษาฐานที่อยู่อาศัยที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่องและศูนย์เทคโนโลยีและการผลิตเชิงทดลอง

การคำนวณมูลค่าการขนส่งสินค้า

จากการศึกษาการออกแบบของ RSC Energia ในระหว่างการก่อสร้างฐานควรส่งโมดูลที่มีน้ำหนักประมาณ 10 ตันไปยังพื้นผิวดวงจันทร์และมากถึง 30 ตันไปยังวงโคจรดวงจันทร์ ปริมาณสินค้าทั้งหมดไหลจากโลกระหว่างการก่อสร้าง ฐานดวงจันทร์ที่เอื้ออาศัยได้และสถานีโคจรดวงจันทร์ที่เยี่ยมชมนั้นอยู่ที่ประมาณ 700-800 ตัน และปริมาณการขนส่งสินค้าต่อปีเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานและการพัฒนาของฐานอยู่ที่ 400-500 ตัน

อย่างไรก็ตาม หลักการทำงานของเครื่องยนต์นิวเคลียร์ไม่อนุญาตให้ผู้ขนย้ายเร่งความเร็วได้เร็วเพียงพอ เนื่องจากการขนส่งใช้เวลายาวนานและด้วยเหตุนี้จึงใช้เวลานานมากในการบรรทุกสินค้าในแถบรังสีของโลก จึงไม่สามารถขนส่งสินค้าทั้งหมดโดยใช้เรือลากจูงที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ได้ ดังนั้นการไหลเวียนของสินค้าที่สามารถให้บริการบนพื้นฐานของระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์จึงอยู่ที่ประมาณ 100-300 ตันต่อปีเท่านั้น

ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ

ในฐานะที่เป็นเกณฑ์สำหรับประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของระบบการขนส่งระหว่างวงโคจร ขอแนะนำให้ใช้มูลค่าของต้นทุนเฉพาะในการขนส่งหน่วยมวลของน้ำหนักบรรทุก (PG) จากพื้นผิวโลกไปยังวงโคจรเป้าหมาย RSC Energia ได้พัฒนาแบบจำลองทางเศรษฐศาสตร์และคณิตศาสตร์โดยคำนึงถึงองค์ประกอบหลักของต้นทุนในระบบขนส่ง:

• เพื่อสร้างและเปิดตัวโมดูลลากจูงวงโคจร
• สำหรับการซื้อการติดตั้งนิวเคลียร์ที่ใช้งานได้
• ต้นทุนการดำเนินงานตลอดจนต้นทุน R&D และต้นทุนทุนที่เป็นไปได้

ตัวบ่งชี้ต้นทุนขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดของ MB การใช้แบบจำลองนี้เปรียบเทียบประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้ลากจูงแบบใช้ซ้ำได้ซึ่งใช้ระบบขับเคลื่อนพลังงานนิวเคลียร์ที่มีกำลังประมาณ 1 เมกะวัตต์ และลากจูงแบบใช้แล้วทิ้งที่ใช้ระบบขับเคลื่อนของเหลวขั้นสูงในโปรแกรมเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งมอบน้ำหนักบรรทุกรวม ศึกษามวล 100 ตันต่อปีจากโลกถึงวงโคจรดวงจันทร์ที่ระดับความสูง 100 กม. เมื่อใช้ยานปล่อยตัวเดียวกันที่มีความจุบรรทุกเท่ากับความจุบรรทุกของยานปล่อย Proton-M และโครงการปล่อยสองลำสำหรับการสร้างระบบขนส่ง ต้นทุนเฉพาะในการส่งมอบหน่วยมวลบรรทุกโดยใช้รถลากจูงที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ จะต่ำกว่าการใช้ลากจูงแบบใช้แล้วทิ้งที่ใช้จรวดพร้อมเครื่องยนต์ของเหลวประเภท DM-3 ถึงสามเท่า

บทสรุป

เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับอวกาศมีส่วนช่วยในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมของโลก, การบินของมนุษย์ไปยังดาวอังคาร, การสร้างระบบสำหรับการส่งพลังงานแบบไร้สายในอวกาศ, การดำเนินการพร้อมความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นของการฝังศพในอวกาศของกากกัมมันตภาพรังสีที่เป็นอันตรายอย่างยิ่งจากพื้นดิน -พลังงานนิวเคลียร์จากฐานการผลิต การสร้างฐานดวงจันทร์ที่สามารถอยู่อาศัยได้ และจุดเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรมของดวงจันทร์ เพื่อปกป้องโลกจากอันตรายจากดาวเคราะห์น้อย-ดาวหาง