Ядерні ракетні двигуни, історія космонавтики

Рідинні ракетні двигуни дали можливість вийти людині в космос - на навколоземні орбіти. Але швидкість виділення реактивного струменя в ЖРД не перевищує 4,5 км / с, а для польотів на інші планети потрібні десятки кілометрів в секунду. Можливим виходом є використання енергії ядерних реакцій.

Практичне створення ядерних ракетних двигунів (ЯРД) вели тільки СРСР і США. У 1955 році в США почалася реалізація програми «Rover» по розробці ядерної ракетного двигуна для космічних кораблів. Через три роки, в 1958 році, проектом стало займатися НАСА, яке поставило конкретне завдання для кораблів з ЯРД - політ на Місяць і Марс. З цього часу програма стала називатися NERVA, що розшифровується як - «ядерний двигун для установки на ракети».

До середини 70-х років в рамках цієї програми передбачалося спроектувати ЯРД з тягою близько 30 тонн (для порівняння у ЖРД цього часу характерна тяга була приблизно 700 тонн), але зі швидкістю витікання газів - 8,1 км / с. Однак, в 1973 році програма була закрита через зсув інтересів США в сторону космічних човників.

В СРСР проектування перших ЯРД велося в другій половині 50-х років. При цьому радянські конструктори, замість створення повномасштабної моделі, стали робити окремі частини ЯРД. А потім ці напрацювання випробовувалися у взаємодії зі спеціально розробленим імпульсним графітовим реактором (ІГОР).

У 70-80-ті роки минулого століття в КБ «Салют», КБ «Хімавтоматика» і НВО «Луч» були створені проекти космічних ЯРД РД-0411 і РД-0410 з тягою 40 і 3,6 т відповідно. Протягом процесу проектування були виготовлені реактор, «холодний» двигун і стендова прототип для проведення випробувань.

Принципова і конструктивна схеми взриволета А. Д. Сахарова

ракетний двигун РД-0410

Можливо, що розробки ЯРД випереджали свій час. Однак вони не були занадто передчасними. Адже підготовка пілотованого польоту до інших планет триває кілька десятиліть, і рухові установки для нього повинні готуватися заздалегідь.

Конструкція ядерного ракетного двигуна

Ядерний ракетний двигун (ЯРД) - реактивний двигун, в якому енергія, яка виникає при ядерної реакції розпаду або синтезу, нагріває робоче тіло (частіше за все, водень або аміак).

Існує три типи ЯРД по виду палива для реактора:

Найбільш закінченим є твердофазний варіант двигуна. На малюнку зображена схема найпростішого ЯРД з реактором на твердому ядерному паливі. Робоче тіло розташовується в зовнішньому баку. За допомогою насоса воно подається в камеру двигуна. У камері робоче тіло розпорошується за допомогою форсунок і вступає в контакт з тепловиділяючим ядерним паливом. Нагріваючись, воно розширюється і з величезною швидкістю вилітає з камери через сопло.

Рідкофазний - ядерне паливо в активній зоні реактора такого двигуна знаходиться в рідкому вигляді. Тягові параметри таких двигунів вище, ніж у твердофазних, за рахунок більш високої температури реакторі.

У газофазних ЯРД паливо (наприклад, уран) і робоче тіло знаходиться в газоподібному стані (у вигляді плазми) і утримується в робочій зоні електромагнітним полем. Нагріта до десятків тисяч градусів уранова плазма передає тепло робочому тілу (наприклад, водню), яке, в свою чергу, будучи нагрітим до високих температур і утворює реактивний струмінь.

Принцип дії ЯРД

За типом ядерної реакції розрізняють радіоізотопний ракетний двигун, термоядерний ракетний двигун і власне ядерний двигун (використовується енергія поділу ядер).

Цікавим варіантом також є імпульсний ЯРД - як джерело енергії (палива) пропонується використовувати ядерний заряд. Такі установки можуть бути внутрішнього і зовнішнього типів.

Основними перевагами ЯРД є:

• висока питома імпульс;
• значний енергозапас;
• компактність рухової установки;
• можливість отримання дуже великий тяги - десятки, сотні і тисячі тонн в вакуумі.

Основним недоліком є ​​висока радіаційно небезпека рухової установки:

• потоки проникаючої радіації (гамма-випромінювання, нейтрони) при ядерних реакціях;
• винос високорадіоактивних сполук урану і його сплавів;
• витікання радіоактивних газів з робочим тілом.

Тому запуск ядерного двигуна неприйнятний для стартів з поверхні Землі через ризик радіоактивного забруднення.