Первый термоядерный взрыв, прогремевший 1 ноября 1952 года, дал человечеству надежду не только на освоение неисчерпаемого источника энергии, но и на создание принципиально новых ракетных двигателей, способных доставить наши космические корабли к далеким планетам и даже к соседним звездам.
«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели», — сказал Константин Циолковский. Для полетов к Луне или, например, к Марсу достаточно существующих химических ракетных двигателей. Но для того чтобы летать дальше, к внешним планетам Солнечной системы (или даже ближайшим звездам!), и не тратить на это многие годы и десятилетия, нужны двигатели принципиально нового типа.
«Популярная механика» уже писала о проектах ядерных двигателей («К Марсу на реакторе», «ПМ» № 1'2007). Однако энергия и температура ядерного распада существенно меньше той, которую может дать термоядерный синтез. Неудивительно, что еще в конце 1950-х годов возникла идея использовать для двигателей энергию, благодаря которой горят звезды, — энергию термоядерного синтеза.
Немного физики
Любой ракетный двигатель создает тягу, выбрасывая в окружающее пространство вещество, которое называют рабочим телом. Из дюз обычных ракет истекают газообразные продукты сгорания топлива. В электроракетном двигателе рабочим телом служит поток плазмы, разогнанной электромагнитными силами. В ядерном — водород или гелий, разогретый энергией деления ядер урана или плутония.
Сила тяги любого двигателя зависит от скорости, с которой молекулы рабочего тела выбрасываются из сопла. Подняв температуру, можно увеличить энергию (и скорость) молекул. Однако жаропрочные материалы и конструкции имеют свои пределы, к тому же подводимая энергия тоже ограничена. А можно использовать более легкие молекулы, поскольку при одной и той же энергии их скорость будет больше. Ядерные двигатели, которые могут разогревать легкий водород, в этом отношении имеют серьезное преимущество перед химическими, продукты сгорания которых существенно тяжелее.
Помимо собственно тяги, очень важным показателем ракетного двигателя является его удельный импульс (или удельная тяга) — отношение силы тяги к расходу рабочего тела. Эта величина, имеющая размерность м/с, характеризует эффективность двигателя. Теоретически она равна скорости истечения рабочего тела, а на практике может значительно отличаться, поэтому ее называют эффективной (эквивалентной) скоростью истечения.
Удельный импульс (в м/с) имеет и другой наглядный физический смысл: численно это время в секундах, в течение которого один килограмм топлива может создавать тягу в 1 Н (или тяга в ньютонах, достигаемая при ежесекундном выбросе одного килограмма рабочего тела). Границы дозволенного
В 1897 году Константин Эдуардович Циолковский вывел знаменитую формулу, определяющую максимальную конечную скорость одноступенчатой ракеты: она равна эффективной скорости истечения рабочего тела (удельному импульсу двигателя), помноженной на натуральный логарифм отношения начальной и конечной масс ракеты.
Первый множитель определяется типом и конструкцией двигателя, а второй медленно растет даже при большом количестве топлива. Например, для того чтобы разогнать ракету конечной массой 10 т до скорости выше второй космической (11,2 км/с) с помощью обычных современных ракетных двигателей с импульсом 3000 м/с, нужно около 500 т топлива и окислителя.
Даже с учетом технологии многоступенчатых ракет практически невозможно достичь скорости, превышающей удельный импульс более чем в четыре-пять раз. Поэтому с самого начала космических разработок серьезные силы были брошены на увеличение эффективной скорости истечения рабочего тела. Сейчас лучшие ракетные двигатели на химическом топливе (водород-кислородные) лишь приближаются к отметке 4500 м/с, и почти все способы улучшения их характеристик уже исчерпаны.
Ядерные ракетные двигатели позволили бы увеличить температуру до десятков тысяч градусов, а скорость истечения — примерно до 20000 м/с, но даже с такими двигателями полет корабля до внешних планет Солнечной системы занял бы годы. А о полетах к звездам и говорить не приходится.
Настоящие звездолеты
Между тем существует способ поднять скорость истечения на многие порядки. Температура плазмы при термоядерном синтезе составляет не десятки тысяч, а миллионы градусов. Соответственно, теоретический удельный импульс при реакции дейтерия и гелия-3 составляет 21 500 000 м/с, то есть более 7% от скорости света, что потенциально позволяет разогнать межзвездный зонд до 25−30% от скорости света. Конечно, нужно оставить запас топлива на торможение, но и 10−15% световой скорости вполне достаточно для отправки беспилотных аппаратов как минимум к нашим ближайшим соседям — звездной системе Альфа Центавра.
Правда, это только в теории. Дело в том, что мощность ракетного двигателя равна половине произведения его тяги (Н) на его удельный импульс (м/с). Мощность, например, двигателя первой ступени ракеты-носителя «Зенит» РД-171 с тягой 806 тс и удельным импульсом 3300 м/с — 13 ГВт (в два раза больше Саяно-Шушенской ГЭС!). Термоядерный двигатель такой же мощности с удельным импульсом в 21 500 000 м/с будет иметь тягу всего 123 кгс, и разгон до сколько-нибудь существенных скоростей займет долгие годы. У этой проблемы может быть два решения. Во-первых, можно попробовать увеличить мощность двигателя.
Но, увы, даже 13 ГВт мощности (выходной, а не термоядерной!) выглядят труднодостижимыми на практике. Во-вторых, можно снизить удельный импульс. Уже 100 000 м/с откроют нам совершенно новые возможности освоения Солнечной системы. При этом 1 ГВт выходной мощности будет соответствовать 20 000 Н или более 2 тс тяги — вполне достаточно даже для тяжелого (сотни тонн «сухой» массы) межпланетного корабля, не предназначенного для входа в атмосферу.Магнитные ракеты
За редчайшим исключением, все проекты термоядерных ракетных двигателей с магнитным удержанием основываются на так называемых открытых магнитных ловушках — цилиндрах, из торцов которых истекает поток плазмы. Если для энергетического реактора («ПМ» № 5'2012) такие потери плазмы являются серьезной проблемой, то для термоядерного двигателя это смысл его работы, так как именно поток плазмы из торца двигателя и создает тягу.
Удельный импульс двигателя определяется температурой плазмы и может достигать нескольких миллионов метров в секунду. Напуск в районе торца двигателя дополнительного рабочего тела (обычного водорода) может более чем на порядок повысить тягу двигателя (естественно, в ущерб удельному импульсу).
Самый простой вариант такого двигателя — пробкотрон, состоящий всего из двух магнитных катушек, пробок, расположенных на некотором удалении друг от друга. Иногда посередине добавляют менее мощные катушки, которые позволяют управлять профилем магнитного поля между пробками. При достаточно большом размере в пробкотроне может проходить термоядерная реакция, выделяющая чуть больше энергии, чем тратится на ее поддержание.
Но, увы, совсем ненамного и только при работе на смеси дейтерия и трития. Поскольку КПД преобразования тепловой энергии в электрическую невелик, пробкотрон всегда будет требовать для своей работы подвода энергии извне. Если вспомнить, какие мощности необходимы для создания существенной тяги при большом удельном импульсе, получится, что для питания двигателя нам потребуется полномасштабная космическая АЭС. В таких условиях проще отказаться от термоядерного реактора и использовать куда более простую и существенно лучше отработанную связку из АЭС и электрореактивных двигателей.
Развитием идеи пробкотрона является многопробочная ловушка (с гофрированным полем). В первом приближении путем увеличения ее длины можно достичь сколь угодно хорошего удержания плазмы, вплоть до зажигания самоподдерживающейся термоядерной реакции, не требующей подвода энергии извне. С учетом высокой плотности плазмы, которую можно достичь в ловушке такого типа, она производит впечатление весьма перспективного кандидата. Увы, есть две проблемы, существенно снижающие перспективность этого направления.
Первая — это потери плазмой энергии поперек магнитного поля, которые для установок большой длины, скорее всего, станут основными. Вторая проблема состоит в том, что даже для смеси дейтерия и трития (1:1) необходимая длина двигателя составит около 1 км, а это на порядок превосходит размер МКС (для других видов топлива размеры двигателя будут еще больше).
Другим развитием пробкотрона является газодинамическая плазменная ловушка, в которой длинная область с однородным магнитным полем относительно небольшой напряженности с обоих концов заканчивается мощными магнитными пробками или парами пробок (дополнительными пробкотронами с мощным полем). Положительное свойство такой ловушки — хорошо предсказуемое поведение плазмы в ней. Однако ее длина, как и в случае многопробочной ловушки, должна будет составлять около километра или более даже при дейтерий-тритиевом топливе.
Еще один вариант открытых ловушек — это ловушки с амбиполярным удержанием плазмы. В простейшем случае это система из трех пробкотронов: один центральный с очень большой длиной и два маленьких на торцах. Непрерывно подаваемая разогретая плазма в торцевых пробкотронах не дает уходить плазме из центрального пробкотрона. Сделав центральную часть достаточно длинной, мы всегда можем производить в ней больше энергии, чем нужно для поддержания плазмы в концевых участках. Такая ловушка теоретически должна получиться заметно короче газодинамической или многопробочной.
Но есть у нее и недостатки. Во-первых, обязательная инжекция плазмы в концевых участках и нагрев ее там, на что требуются десятки и даже сотни мегаватт. Таким образом, реактор должен стать не только двигателем, но и основой полномасштабной электростанции для поддержания собственной работы. Во-вторых, конфигурация электромагнитного поля в амбиполярной ловушке куда сложнее, чем в других типах открытых ловушек, а объем экспериментальных данных недостаточен. Так что пока говорить об осуществимости такого двигателя слишком рано.Силы инерции
В ловушках с магнитным удержанием удельный импульс ограничен температурой плазмы, которая, в свою очередь, ограничена конструкцией. А вот инерциальный ядерный синтез потенциально позволяет получить удельный импульс порядка 10 000 000 м/с (около 3% от скорости света), что делает его идеальным вариантом для межзвездных зондов. Именно этот принцип был использован в известном проекте звездолета «Дедал», который разрабатывался группой специалистов из Британского межпланетного общества в 1970-х годах. Его же использует разрабатываемый сейчас наследник «Дедала» — «Икар».
Термоядерные двигатели на инерциальном синтезе — это импульсные термоядерные реакторы, дополненные магнитным соплом для продуктов реакции. Поскольку зажигание самоподдерживающейся реакции здесь принципиально невозможно, реактор должен быть не только двигателем, но и электростанцией для обеспечения энергией самого себя. Причем его электрическая мощность должна составлять как минимум 10% от мощности реактивной струи.
Расчеты показывают, что при тяге двигателя всего 2000 Н (204 кгс) и удельном импульсе 10 000 000 м/с нам потребуется мощность ракетного двигателя в 10 ГВт, а электрическая — не менее 1 ГВт. Это мощность целого энергоблока крупной АЭС.
Кроме того, нет оснований полагать, что в сколько-нибудь обозримом будущем будут созданы космические лазеры, пригодные для обжатия мишеней такого двигателя. Единственным реалистичным вариантом можно считать использование пучков тяжелых ионов. Но и они, с нужными характеристиками, еще не созданы даже для наземных установок.Токамаки в космосе
Почти все авторы проектов термоядерных двигателей игнорируют токамаки, ссылаясь на сложность осуществления отбора плазмы для реактивной струи. Но они ошибаются.
На заре термоядерных исследований предполагалось, что в токамаке плазма будет надежно удерживаться. Однако быстро выяснилось, что плазма поперек магнитного поля уходит на стенку установки и разрушает ее.
Одним из наиболее эффективных способов решения этой проблемы оказалась концепция дивертора. Суть ее в том, что в конфигурации магнитного поля создается четкая граница — сепаратриса. Внутри сепаратрисы плазма максимально хорошо удерживается, но за ее пределами почти мгновенно уходит на специальные пластины в нижней (чаще всего) части установки, которая и называется дивертором.
Таким образом взаимодействие между термоядерной плазмой и стенкой существенно ослабляется. Ничто не мешает использовать плазму, пересекающую сепаратрису и уходящую в дивертор, для создания тяги в ракетном двигателе. Напуск водорода в область дивертора позволит, как и в случае открытых ловушек, на порядок повысить тягу, пожертвовав удельным импульсом.
Важнейшее преимущество токамака перед всеми иными концепциями термоядерных ракетных двигателей — максимальная отработанность этого типа магнитных ловушек. Если параметры созданных открытых магнитных ловушек хуже необходимых в сотни раз, то параметры токамаков нужно улучшить всего на порядок. Кроме того, наработки по термоядерному ракетному двигателю окажутся крайне полезными для наземных термоядерных электростанций.
Расчеты показывают, что сферический токамак с сильным магнитным полем, работающий на смеси 98% дейтерия и 2% трития, способен развивать выходную мощность порядка 300 МВт. Объединяя несколько таких токамаков, можно получить тягу порядка 1000 кгс при удельном импульсе в 350 000 м/с, при этом расход дейтерия составит 1,5 г/с, а водорода, используемого как дополнительное рабочее тело, — около 26 г/с. Корабль «сухой» массой 565 т, несущий 35 т дейтерия и 600 т водорода, сможет разогнаться до скорости 65 км/с, затормозить, снова разогнаться до этой скорости и снова затормозить. Такие параметры позволяют уложить длительность экспедиции к Сатурну в два года.Полный бак
На чем же будут работать звездолеты? Выбор топлива — отдельная серьезная проблема. Проще всего запустить реакцию в смеси дейтерия и трития 1:1. Однако с ее использованием есть большие проблемы. Тритий в природе не встречается, его необходимо получать искусственно. Необходимые количества при этом составят десятки тонн, что во много раз превышает возможности его производства за всю историю! Кроме того, он радиоактивен (хотя и слабо) и благодаря этому саморазогревается, так что его практически невозможно хранить в сжиженном виде, а хранить под давлением, да еще и охлаждать — не самая простая задача.
Поэтому логичным решением представляется производство трития из лития прямо в двигателе, как это планируется делать на термоядерных электростанциях. Но за один проход через реактор успевает прореагировать лишь доля процента термоядерного топлива (в реакторах с инерциальным удержанием — до 10%). В электростанции вся отработанная (попавшая в дивертор) плазма собирается, и тритий может быть использован повторно. Но в двигателе эта плазма выбрасывается, так что на один атом трития, вступивший в реакцию, нужно произвести сотни новых. Однако это невозможно: один термоядерный нейтрон в лучшем случае может произвести два атома трития.
Использование смеси дейтерия и гелия-3 позволяет максимум термоядерной энергии задействовать в производстве тяги, так как «горение» такой смеси дает куда меньше нейтронов и больше быстрых заряженных частиц. Гелий-3 стабилен и совершенно безопасен. Но его на Земле нет. Единственный источник гелия-3 — распад трития, так что производство его в количестве десятков тонн — еще более сложная задача. Теоретически гелий-3 можно добывать на Луне, но для этого потребуется создание мощной космической инфраструктуры (для чего как раз очень пригодился бы термоядерный ракетный двигатель). Стоит отметить еще две проблемы смеси дейтерия и гелия-3: во-первых, она требует куда большей температуры и времени удержания плазмы, а во-вторых, дает меньшую мощность на единицу объема плазмы.
Поэтому первые термоядерные ракетные двигатели будут работать либо на чистом дейтерии, либо на дейтерии с небольшой (не более нескольких процентов) примесью трития. Недостатки у этого топлива такие же, как и у смеси дейтерия и гелия-3, плюс еще мощное нейтронное излучение. Зато дейтерий относительно дешев и доступен практически в неограниченных количествах. Концентрация примеси трития будет определяться тем, сколько его удастся произвести из лития. Даже небольшая примесь этого изотопа может позволить существенно повысить термоядерную мощность реактора.Взрыволет
Еще одна очень оригинальная концепция термоядерного ракетного двигателя — проект «Орион», который на полном серьезе разрабатывался в США в 1950—1960-х годах. Он предполагал использовать для полета… сотни и тысячи ядерных боеголовок, взрываемых одна за другой! Ядерные взрывы планировалось производить позади корабля, при этом должны были использоваться специальные боезаряды, дающие две направленные струи плазмы, одна из которых попадала бы в специальную тяговую плиту корабля, толкая его вперед. Тяга также создавалась за счет испарения масла, которым опрыскивалась эта плита.
Испарение масла охлаждало плиту, защищая ее от разрушения. Согласно расчетам, удельный импульс должен был составлять десятки тысяч метров в секунду, при этом тяги хватило бы для старта с Земли. Были разработаны самые разные варианты таких кораблей, начиная от лунных и заканчивая межзвездными. В рамках проекта были созданы макеты, использующие обычные химические бомбы, которые доказали возможность устойчивого полета за счет серии взрывов. Кроме того, был произведен настоящий ядерный взрыв, в ходе которого подтвердилась возможность создания тяговой плиты.Вакуум на халяву
Одна из важнейших проблем термоядерного синтеза — взаимодействие стенок вакуумной камеры и плазмы. Оно существенно ухудшает параметры плазмы, а сама стенка разрушается. Термоядерные ракетные двигатели предполагается использовать только в космосе, так что космический вакуум позволяет убрать из конструкции стенку, оставив лишь небольшие защитные накладки на магнитных катушках. Это существенно облегчит задачу зажигания термоядерной плазмы. Потенциально может случиться так, что первые термоядерные двигатели начнут работать раньше, чем наземные термоядерные электростанции.
http://www.popmech.ru/
www.the-submarine.ru
Учёные из Университета Алабамы в Хантсвилле (США) в сотрудничестве с НАСА разрабатывают технологию для термоядерного ракетного двигателя, работающего на основе Z-пинча.
По их словам, новый двигатель в перспективе сможет снизить время полёта к Марсу с 6–8 месяцев до 6–8 недель.
Продолжительность полёта — одна из причин, которые исключают пилотируемое путешествие к Красной планете на существующих аппаратах. Тот же Curiosity летит туда семь месяцев, но он хоть возвращаться не будет. А вот экипаж пилотируемого корабля должен будет запасти еду и прочее почти на полтора года, только чтобы слетать и вернуться. Увеличение веса при этом окажется столь велико, что потребуются серьёзные сдвиги в ракетостроении, чтобы обеспечить такой полёт, и всё равно он будет сверхдорогим.
| Вместо солнечных батарей на корабле с термоядерным двигателем потребуются огромные охладительные радиаторы, отводящие лишнее тепло от первичного теплового контура. (Здесь и ниже иллюстрации НАСА.) |
Основная концепция проектируемого термоядерного двигателя заключается в использовании Z-пинча: при пропускании по удерживаемой магнитно-инерциальным методом плазмы большого тока она дополнительно сожмётся и нагреется под действием его магнитного поля, превратившись в источник мощного излучения в виде линейного плазменного столба.
При этом пятисантиметровые «шайбы» из дейтерия и лития (с тритием) внутри будут сжиматься и разогреваться (в том числе лазерами) до начала термоядерного синтеза, энергия которого и должна приводить в движение космический корабль.
Чтобы контролировать направление вылета продуктов термоядерной реакции, планируется использовать электромагнитное сдерживающее поле с узким соплом, по которому продукты реакции будут выбрасываться в направлении, противоположном движению корабля.
| Конструкция термоядерного ракетного двигателя предусматривает отбор части энергии от его реактивной струи при помощи компактного МГД-генератора. |
Исследователи из Университета Алабамы недавно получили Decade Module 2, ранее использовавшийся Министерством обороны США в военных целях. Основной трудностью при реализации Z-пинча, разработанного в 1950-х, всегда было то, что плазма сжималась неоднородно и плазменный канал вследствие «сосисочной неустойчивости» в конечном счёте разрушался.
Однако, по словам учёных, они создали теоретическую модель, которая позволит избежать подобную неустойчивость в течение достаточного времени для импульсно работающего термоядерного РД. Модель осталось лишь протестировать при помощи Decade Module 2, импульсной установки, создающей моментальные импульсы (на сжатие микромишеней) мощностью до 500 кДж. Запуск Decade Module 2 на полную мощность, по словам разработчиков, состоится в начале 2013 года.
Мы уже писали о такого рода магнитно-инерциальном подходе к термоядерному синтезу: одновременно для удержания плазмы будут использоваться магнитное и электрическое поля, а также разогрев мишеней лазерными импульсами, причём недавно проведённое компьютерное моделирование обещает достижение при этом z = 100.
Впрочем, создать работоспособный термоядерный двигатель — это лишь начало. Жилой модуль конструкторы намерены разместить в головной части корабля (чтобы снизить радиационное воздействие), сам термоядерный реактор — в соединительном трубоподобном модуле, а мощные сверхпроводящие магниты и МГД-генератор — в кормовой части, в обширном параболическом блоке, при помощи которого продукты реакции будут направляться назад при движении КА. Предельно сложной проблемой будет охлаждение термоядерного реактора в космосе. Помимо охладительного контура, функционирующего на смеси фторида лития и дифторида бериллия, потребуются внушительные радиаторы охлаждения.
Разумеется, само стремление бедствующего нынче НАСА начать исследования по столь амбициозной тематике дорогого стоит. Но и объём проблем, которые предстоит решить, очень велик, так что ожидать завершения проекта в ближайшие годы не приходится. Но в случае успеха термоядерный ракетный двигатель, несомненно, станет прорывным достижением.
Подготовлено по материалам Университета Алабамы в Хантсвилле.
ru-universe.livejournal.com
Текущие скорости полёта топливных ракет растягивают полёт на Марс на четыре года, но новая термоядерная технология, которая сейчас тестируется учёными из Вашингтонского Университета, обещает делать это за срок от 30 до 90 дней.
Лабораторные испытания отдельных компонентов прошли удачно, и теперь исследователи планируют скомбинировать все части в одно целое и провести окончательный общий тест.
«При помощи существующих топливных ракет для нас практически невозможно исследовать что-то более-менее отдалённое от Земли», говорит ведущий исследователь проекта, профессор аэронавтики и астронавтики Джон Слоу. «Мы надеемся дать в наше распоряжение гораздо более мощный источник энергии, который сможет сделать межпланетные перелёты обычным явлением».
Команда проекта разработала эту технологию с применением особого типа плазмы, заключённой в магнитную ловушку. Когда плазма под большим давлением сжимается магнитным полем, в ней начинается ядерная реакция.
Этот процесс успешно прошёл лабораторные испытания, и теперь учёные планируют провести первые полномасштабные испытания системы в конце лета.
Испытательная камера ракеты с термоядерным двигателем в Лаборатории плазменной динамики в Университете Вашингтона, Редмонд. Зелёная вакуумная камера окружена двумя сверхмощными магнитами. Магниты питаются от конденсаторов через множество присоединённых кабелей.
Мощные магнитные поля заставляют большие металлические кольца, окружающие плазменный шнур, взрываться, а затем сжиматься до точки, в которой начинается термоядерная реакция. Процесс занимает всего несколько микросекунд, но этого достаточно, чтобы высвободить тепло и ионизировать кольца, которые формируют оболочку вокруг плазмы. Супер-перегретый ионизированный металл в свою очередь выбрасывается из сопла ракеты с огромной скоростью, заставляя ракету двигаться вперёд. Повторение процесса с интервалами примерно в 30 секунд достаточно для перемещения космического корабля.
Исследование финансировалось NASA в надежде, что эта технология, наконец, сумеет заменить нам ракетное топливо, и позволит строить более быстрые космические аппараты, чем когда-либо прежде. Учёные говорят, что даже количество плазменного материала размером с зерно, эквивалентно пяти литрам ракетного топлива. Это в свою очередь позволяет уменьшить размеры корабля и его загрузку, делая путешествия в глубоком космосе намного более экономически эффективными.
topwar.ru
варианты конструкции ТЯРД Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) — перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.
В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД :
В первом случае принцип действия и устройство ТЯРД выглядят следующим образом: основной частью двигателя является реактор, в котором происходит управляемая реакция термоядерного синтеза. Реактор представляет собой полую «камеру» цилиндрической формы, открытую с одной стороны, т. н. установку термоядерного синтеза схемы «открытая ловушка» (также именуемую «магнитная бутылка» или пробкотрон). «Камера» реактора вовсе не обязательно (и даже нежелательно) должна быть цельно-герметичной, скорее всего она будет представлять собой легкую размеростабильную ферму, несущую катушки магнитной системы. В настоящее время наиболее перспективной считается схема т. н. «амбиполярного удержания» или «магнитных зеркал» (англ. tandem mirrors), хотя возможны и другие схемы удержания: газодинамические ловушки, центробежное удержание, обращенное магнитное поле (FRC). По современным оценкам, длина реакционной «камеры» составит от 100 до 300 м при диаметре 1-3 м. В камере реактора создаются условия, достаточные для начала термоядерного слияния компонентов выбранной топливной пары (температуры порядка сотен миллионов градусов, факторы критерия Лоусона). Термоядерное топливо — предварительно нагретая плазма из смеси топливных компонентов — подаётся в камеру реактора, где и происходит постоянная реакция синтеза. Генераторы магнитных полей (магнитные катушки той или иной конструкции), окружающие активную зону, создают в камере реактора поля большой напряжённости и сложной конфигурации, которые удерживают высокотемпературную термоядерную плазму от соприкосновения с конструкцией реактора и стабилизируют происходящие в ней процессы. Зона термоядерного «горения» (плазменный факел) формируется по продольной оси реактора. Полученная плазма, направляемая магнитными управляющими системами, истекает из реактора через сопло, создавая реактивную тягу.
Следует отметить возможность «многорежимной» работы ТЯРД. Путем впрыска в струю плазменного факела относительно холодного вещества можно резко повысить общую тягу двигателя (за счет снижения удельного импульса), что позволит кораблю с ТЯРД эффективно маневрировать в гравитационных полях массивных небесных тел, например больших планет, где зачастую требуется большая общая тяга двигателя. По общим оценкам, ТЯРД такой схемы может развивать тягу от нескольких килограммов вплоть до десятков тонн при удельном импульсе от 10 000сек до 4 млн.сек. Для сравнения, показатель удельного импульса наиболее совершенных химических ракетных двигателей — порядка 450 сек.
Двигатель второго типа — инерциальный импульсный термоядерный двигатель. В таком реакторе управляемая термоядерная реакция проходит в импульсном режиме (доли мкс с частотой 1-10Гц), при периодическом обжатии и разогреве микромишеней, содержащих термоядерное топливо. Первоначально предполагалось использовать лазерно-термоядерный двигатель (ЛТЯРД). Такой ЛТЯРД предлагался, в частности, для межзвёздного автоматического зонда в проекте «Дедал». Главной его частью является реактор, работающий в импульсном режиме. В сферическую камеру реактора подаётся термоядерное топливо (например, дейтерий и тритий) в виде мишеней — сложной конструкции сфер из смеси замороженных топливных компонентов в оболочке диаметром несколько миллиметров. На внешней части камеры находятся мощные — порядка сотен тераватт — лазеры, наносекундный импульс излучения которых через оптически прозрачные окна в стенах камеры попадает на мишень. При этом на поверхности мишени мгновенно создается температура более 100 млн градусов при давлении порядка миллиона атмосфер — условия, достаточные для начала термоядерной реакции. Происходит термоядерный микровзрыв мощностью в несколько сотен килограммов в тротиловом эквиваленте. Частота таких взрывов в камере в проекте «Дедал» — порядка 250 в секунду, что требовало подачи топливных мишеней со скоростью более 10 км/с при помощи ЭМ-пушки. Расширяющаяся плазма вытекает из открытой части камеры реактора через сопло соответствующей конструкции, создавая реактивную тягу. В настоящее время уже теоретически и практически доказано, что лазерный метод обжатия/разогрева микромишеней является тупиковым — в том числе практически невозможно построить лазеры такой мощности с достаточным ресурсом. Поэтому в настоящее время для инерциального синтеза рассматривается вариант с ионно-пучковым обжатием/нагревом микромишеней, как более эффективный, компактный и с гораздо большим ресурсом.
И тем не менее, есть мнение, что ТЯРД на инерциально-импульсном принципе слишком громоздок из-за очень больших циркулирующих в нём мощностей, при худшем, чем у ТЯРД с магнитным удержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим типом его действия. Идеологически к ТЯРД на инерциально-импульсном принципе примыкают взрыволеты на термоядерных зарядах типа проекта «Орион».
ТЯРД может использовать различные виды термоядерных реакций в зависимости от вида применяемого топлива. В частности, на настоящее время принципиально осуществимы следующие типы реакций:
2H + 3H = 4He + n при энергетическом выходе 17,6 МэВ
Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты относительно дёшевы. Недостаток её — весьма большой выход нежелательной (и бесполезной для прямого создания тяги) нейтронной радиации, уносящей большую часть мощности реакции и резко снижающей КПД двигателя. Тритий радиоактивен, период его полураспада — около 12 лет, то есть его долговременное хранение невозможно. В то же время, возможно окружить дейтериево-тритиевый реактор оболочкой, содержащий литий: последний, облучаясь нейтронным потоком, превращается в тритий, что в известной степени замыкает топливный цикл, поскольку реактор работает в режиме размножителя (бридера). Таким образом, топливом для D-T- реактора фактически служат дейтерий и литий.
2H + 3He = 4He + p. при энергетическом выходе 18,3 МэВ
Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3, кроме того, является редким и чрезвычайно дорогим изотопом. В промышленных масштабах на настоящее время не производится. Хотя энергетический выход реакции D-T выше, реакция D-3He имеет следующие преимущества:
Сниженный нейтронный поток, реакцию можно отнести к «безнейтронным»,
Меньшая масса радиационной защиты,
Меньшая масса магнитных катушек реактора.
При реакции D-3He в форме нейтронов выделяется всего около 5 % мощности (против 80 % для реакции D-T).Около 20 % выделяется в форме рентгеновского излучения. Вся остальная энергия может быть непосредственно использована для создания реактивной тяги. Таким образом, реакция D-3He намного более перспективна для применения в реакторе ТЯРД.
Реакция между ядрами дейтерия (D-D, монотопливо) D + D —> 3He + n при энергетическом выходе 3,3 МэВ, и
D + D —> T + p+ при энергетическом выходе 4 МэВ. Нейтронный выход в этой реакции весьма значителен.
Возможны и некоторые другие типы реакций:
p + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV) 3He + 6Li → 2 4He + p + 16.9 MeV p + 11B → 3 4He + 8.7 MeVНейтронный выход в указанных выше реакциях отсутствует.
Выбор топлива зависит от многих факторов — его доступность и дешевизна, энергетический выход, лёгкость достижения потребных для реакции термоядерного синтеза условий (в первую очередь, температуры), необходимых конструктивных характеристик реактора и проч. Наиболее перспективны для осуществления ТЯРД т. н. «безнейтронные» реакции, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток (например, в реакции дейтерий-тритий) уносит значительную часть мощности и не может быть использован для создания тяги. Кроме того, нейтронная радиация порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора и корабля, создавая опасность для экипажа. Реакция дейтерий- гелий-3 является перспективной в том числе и по причине отсутствия нейтронного выхода. В настоящее время предложена ещё одна концепция ТЯРД — с использованием малых количеств антиматерии в качестве катализатора термоядерной реакции.
Идея создания ТЯРД появилась практически сразу после осуществления первых термоядерных реакций (испытаний термоядерных зарядов). Одной из первых публикаций по теме разработки ТЯРД явилась изданная в 1958 году статья Дж. Росса. В настоящее время ведутся теоретические разработки таких видов двигателей (в частности, на основе лазерного термоядерного синтеза) и в целом — широкие практические исследования в области управляемого термоядерного синтеза. Существуют твёрдые теоретические и инженерные предпосылки для осуществления такого типа двигателя в обозримом будущем. Исходя из расчетных характеристик ТЯРД, такие двигатели смогут обеспечить создание скоростного и эффективного межпланетного транспорта для освоения Солнечной системы. Однако реальные образцы ТЯРД на настоящий момент (2012) ещё не созданы.
dic.academic.ru
Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Первый советский ядерный ракетный двигатель РД-0410 Твёрдофа́зный я́дерный реакти́вный дви́гатель (ТфЯРД) — реактивный двигатель, в котором используется в качестве основного источника энергии высокотемпературный атомный реактор канального типа, в котором за счёт теплоносителя (водород, гелий и др) происходит съём тепла и образование реактивной струи сжатого, раскалённого газа. В отличие от радиоизотопных ракетных двигателей режим энерговыделения в ТфЯРД поддаётся глубокому регулированию.
История ТЯРД начинается в США в 50-е годы. В те времена в Америке появилась идея практической демонстрации осуществимости ядерного реактивного двигателя которая получила название «Ровер». В 1954-1955 гг. группа заинтересованных американских учёных Лос-Аламосской лаборатории подготовила доклад об осуществимости этого двигателя на основании ряда опытов и исследований. В следствие этого доклада КАЭ США приняла оффициальное решение о планировании работ по ядерному ракетному двигателю, и созданию действующего образца такого двигателя. Весь объём работ был поручен Лос-Аламосской научной лаборатории и Радиационной лаборатории в Ливерморе при Калифорнийском университете. В 1956 году, после скрупулёзного рассмотрения проделанной работы, все исследования Радиационной лаборатории были направленны на создание прямоточного ядерного реактивного двигателя по проекту «Плуто». В начале 1957 года было определено окончательное направление работ Лос-Аламосской лаборатории, и принято решение по строительству графитового ядерного реактора с диспергированным в графите урановым горючим. Созданный в этом направлении реактор «Киви-А» был испытан в 1959 году 1-го июля. Помимо строительства реактора Лос-Аламосская лаборатория вела полным ходом работы по строительству специального испытательного полигона в Неваде, а также выполняла ряд специальных заказов ВВС США в смежных областях (разработка отдельных узлов ТЯРД). По поручению Лос-Аламосской лаборатории все специальные заказы на изготовления отдельных узлов осуществляли фирмы: «Аэроджет дженерал», отделение «Рокетдайн» фирмы «Норс-америкен авиэйшн». Летом 1958 года весь контроль за выполнением программы «Ровер» перешёл от ВВС США к вновь организованному Национальному управлению по аэронавтике и космосу (НАСА). В результате специального соглашения между КАЭ и НАСА в середине лета 1960 года было образовано Управление космическими ядерными двигателями под руководством Г. Фингера, которое и возглавило программу «Ровер» в дальнейшем. Полученные результаты шести «горячих испытаний» ядерных реактивных двигателей оказались весьма обнадёживающими, и в начале 1961 года был подготовлен доклад об испытаниях реактора (RJFT) в полёте. Затем в середине 1961 года стартовал проект «Нерва» (применение ядерного двигателя для космических ракет). В качестве генерального подрядчика была выбрана фирма «Аэроджет дженерал», а в качестве субподрядчика отвечающего за строительство реактора фирма «Вестингауз».
В Советском Союзе разработка и проектирование первых ТЯРД проводилось во второй половине 50-х годов. Проведение работ производилось КБ главных конструкторов А.М. Люльки, С.А. Лавочкина, В.М. Мясищева, М.М. Бондарюка, В.П. Глушко совместно с рядом научно-исследовательских институтов - НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ, СФТИ и др. Летом 1959 года сотрудники НИИТП В.М. Иевлев и Ю.А. Трескин представили доклад о постановке эксперимента на исследовательском реакторе ИГР, первый пуск которого состоялся в 1961 году. Конструкции сборки совершенствовались, и уже в 1975-1989 гг. на новом реакторе ИВГ-1 была выполнена отработка тепловыделяющих сборок на ресурс в форсированном режиме при температурах до 3100 К (до 2827°С) и теплонапряжении реакторного объёма до 20 кВт/см3 (на порядок выше, чем в США). На стендовом реакторе минимальной размерности (ИРГИТ) проводились контрольные пуски при мощности до 60 МВт и температуре до 2650 К (2377°С). В отличие от американцев российские ученые использовали наболее экономичные и эффективные испытания отдельных тепловыделяющих элементов в исследовательских реакторах. Весь комплекс произведённых работ в 70-80-е годы позволило в КБ «Салют», КБ химавтоматики, ИАЭ, НИКИЭТ и НПО «Луч» (ПНИТИ) разрабатывать различные проекты космических ЯРД и гибридных ядерных энергодвигательных установок. В КБ химавтоматики при научном руководстве НИИТП (за элементы реактора отвечали ФЭИ, ИАЭ, НИКИЭТ, НИИТВЭЛ, НПО «Луч», МАИ) создавались ЯРД РД 0411 и ядерный двигатель минимальной размерности РД 0410 тягой 40 и 3,6 т соответственно. В результате были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний на газообразном водороде. В отличие от американского, с удельным импульсом не больше 8250 м/с, советский ТЯРД за счет применения более жаростойких и совершенных по конструкции тепловыделяющих элементов и высокой температуры в активной зоне имел этот показатель равным 9100 м/с и выше. Стендовая база для испытаний ТЯРД объединенной экспедиции НПО «Луч» размещалась в 50 км юго-западнее г. Семипалатинск-21. Она начала работать в 1962 году. В 1971-1978 гг. на полигоне испытывались натурные тепловыделяющие элементы прототипов ЯРД. При этом отработанный газ поступал в систему закрытого выброса. Стендовый комплекс для полноразмерных испытаний ядерных двигателей «Байкал-1» находится в 65 км к югу от г. Семипалатинск-21. С 1970 по 1988 год проведено около 30 «горячих пусков» реакторов. При этом мощность не превышала 230 МВт при расходе водорода до 16,5 кг/сек и его температуре на выходе из реактора 3100 К. Все запуски прошли успешно, безаварийно, и по плану. В настоящее время подобные работы на полигоне прекращены, хотя оборудование поддерживается в относительно работоспособном состоянии. Стендовая база НПО «Луч» - единственный в мире экспериментальный комплекс, где можно без значительных финансовых и временных затрат проводить испытания элементов реакторов ЯРД. Не исключено, что возобновление в США работ по ТЯРД для полетов к Луне и Марсу в рамках программы «Космическая исследовательская инициатива» с планируемым участием в них специалистов России и Казахстана приведет к возобновлению деятельности семипалатинской базы и осуществлению «марсианской» экспедиции в 2020-е годы.
Советский ТЯРД РД-0410 — единственный работающий и надёжный промышленный ядерный ракетный двигатель в мире
Схема устройства американского ТЯРД (По программе NERVA)(1- Основание бака с жидким водородом, 2- Шары-баллоны,
Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель ХЕ Prime на испытательном стенде (1968.г)
Первый американский ТЯРД KIWI-A установленный на испытательном стенде (Полигон в шт. Невада).
Американский твёрдофазный ядерный реактивный двигатель (Проект NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application)
Огневые испытания ТЯРД KIWI-A (Полигон в шт. Невада).
Схема устройства ТЯРД (1- Жидкий водород из бака, 2- Насос, 3- Турбина, 4- Выхлопные сопла турбонасоса, 5- Трубопровод системы охлаждения сопла (внутри трубопровода течет водород), 6- Сопло двигателя, 7- Отбор 3% расхода рабочего вещества (водорода) из реактора, 8- Радиационная защита, 9- Клапан регулирования мощности турбины.)
Устройство советского твёрдофазного ядерного ракетного двигателя РД-0410
Основные характеристики ядерных реакетных двигателей и экспериментальных сборок СССР и США:
| США | NPS-2 | ||||
| США | Nerva 12 GW | 1959 | |||
| США | RN-6 | ||||
| СССР | РД-0410 | 35,3 (3,53 тонн) | 910 | 1965-94 | |
| СССР | РД-410 | 68 (6,8 тонн) | 1960 | ||
| США | Nerva Alpha | 71,7 (7,17 тонн) | 860 | 1972 | |
| СССР | ЯРД-2200 | 81 (8,1 тонн) | 1962-69 | ||
| США | Nerva Gamma | 81 (8,1 тонн) | 975 | 1972 | |
| СССР | ЯРД тип A | 177 (17,7 тонн) | 900 | 1963 | |
| СССР | ЯРД тип AФ | 196 (19,6 тонн) | 950 | 1963 | |
| США | Nerva | 266 (26,6 тонн) | 800 | 1968 | |
| США | Nerva NTR | 333,4 (33,34 тонн) | 925 | 1991 | |
| СССР | РО-31 | 392 (39,2 тонн) | 1967 | ||
| СССР | ЯРД тип V-B | 392 (39,2 тонн) | 900 | 1963 | |
| СССР | ЯРД тип V | 392 (39,2 тонн) | 900 | 1963 | |
| СССР | РД-0411 | 392 (39,2 тонн) | 900 | 1965-94 | |
| США | Timberwind 45 | 441,3 (44,13 тонн) | 1000 | 1992 | |
| США | Timberwind 75 | 735,5 (73,55 тонн) | 1000 | 1992 | |
| США | Nerva 2 | 867,4 (86,74 тонн) | 825 | 1950-74 | |
| СССР | РД-600 | 1 960 (196 тонн) | 2000 | Газофазный | 1962-70 |
| США | Timberwind 250 | 2 451,6 (245,16 тонн) | 1000 | 1992 | |
| США | Nuclear 12 Gw | 2 892 (289,2 тонн) | 830 | 1960 | |
| США | Nuclear 14 Gw | 3 334 (333,4 тонн) | 830 | 1960 | |
| США | NERVA 1mlbf | 8 963 (896,3 тонн) | 850 | 1963 | |
| США | NERVA/Lox Mixed Cycle | 24 126 (2412,6 тонн) | 810 | 1963 |
ТЯРД по своему принципу работы представляет собой высокотемпературный реактор-теплообменник, в который вводится рабочее тело (жидкий водород) под давлением, и по мере его разогрева до высоких температур (свыше 3000°С) выбрасывается через охлаждаемое сопло. Регенерация тепла в сопле очень выгодна, так как позволяет значительно быстрее разогревать водород и утилизируя значительное количество тепловой энергии повысить удельный импульс до 1000 сек (9100— 9800 м/с).
В качестве высокоэффективных топливных композиций ТЯРД применяется сплошное карбидное горючее: сплавы карбида урана с карбидом ниобия, карбидом циркония, карбидом тантала. Максимальное содержание монокарбида урана в карбидном горючем не превышает 50% (мол) так как необходимо чтоб горючее имело температуру плавления свыше 3200°С. В случае понижения содержания карбида урана в горючем до 40-20% (мол) температура плавления горючего увеличивается на сотни градусов, и появляется возможность увеличить и температуру нагреваемого рабочего тела, и соответственно удельный импульс. Наиболее высокотемпературной топливной композицией в настоящее время считается сплав монокарбида урана с карбидом тантала (3650°С (20% монокарбида урана)), 3700°С (10% монокарбида урана)), которые позволяют при меньшем общем энергозапасе горючего обеспечить нагрев рабочего тела до 3300°С - 3500°С. Исследованные композиции монокарбида урана с карбидом гафния оказались пока бесперспективны (несмотря на ещё более высокую температуру плавления) так как гафний входящий в состав сплава обладает существенным сечением захвата тепловых нейтронов, и это его свойство сводит на нет применение такого горючего.
Зависимость теоретической удельной тяги от молекулярного веса рабочего тела и температуры в камере сгорания (реакторе). 1 — область соверемнных ЖРД, 2 — область водорода и гелия. В качестве рабочего тела в ТЯРД применяется жидкий водород с дополнительно вводимыми функциональными добавками (гексан, гелий) как наиболее эффективный теплоноситель позволяющий достичь высоких значений удельного импульса. Помимо водорода может быть использован гелий, аргон и другие инертные газы. Но в случае применения гелия резко падает достижимый удельный импульс (в два раза) и резко возрастает стоимость теплоносителя. Аргон существенно дешевле гелия и может быть применён в ТЯРД, но его теплофизические свойства намного уступают гелию и тем более водороду (в 4 раза меньший удельный импульс). Более тяжёлые инертные газы из-за еще более худших теплофизических и экономических (высокая стоимость) показателей не могут быть применены в ТЯРД. Применение в качестве рабочего тела аммиака в принципе возможно, но при высоких температурах атомы азота образующегося при распаде аммиака вызывают высокотемпературную коррозию элементов ТЯРД. Кроме того достижимый удельный импульс настолько мал что уступает некоторым химическим топливам. В целом применение аммиака нецелесообразно. Использование углеводородов в качестве рабочего тела также возможно, но из всех углеводородов может быть применён только метан ввиду наибольшей стабильности. Углеводороды в большей степени показаны как функциональные добавки к рабочему телу. В частности добавка гексана к водороду улучшает работу ТЯРД в ядерно-физическом отношении и увеличивает ресурс работы карбидного топлива.
Сравнительные характеристики рабочих тел ЯРД
| Водород | 0,071 (жидк) | 638 | 774 | 905 | 1060 | 1235 |
| Гелий | 0,29 (жидк) | 401 | 481 | 550 | 610 | 664 |
| Аммиак | 0,682 (жидк) | 312 | 376 | 438 | 507 | 587 |
| Вода | 1,000 (жидк) | 226 | 276 | нет.данн | нет.данн | нет.данн |
(Примечание: Давление в камере нагрева 45,7 атм, расширение до давления 1 атм при неизменном химическом составе рабочего тела)
Основным приемуществом ТЯРД перед химическими ракетными двигателями является получение более высокого удельного импульса, значительный энергозапас, компактность системы и возможность получения очень большой тяги (десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме. В целом удельный импульс достигаемый в вакууме больше чем у отработанного двухкомпонентного химического ракетного топлива (керосин-кислород, водород-кислород) в 3-4 раза, а при работе на наивысшей теплонапряжённости в 4-5 раз. В настоящее время в США и России существует значительный опыт разработки и постройки таких двигателей, и в случае необходимости (специальные программы освоения космоса) такие двигатели могут быть произведены за короткое время и будут иметь разумную стоимость. В случае использования ТЯРД для разгона космических аппаратов в космосе, и при условии дополнительного использования пертурбационных манёвров с использованием поля тяготения крупных планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) достижимые границы изучения Солнечной системы существенно расширяются, а время потребное для достижения дальних планет значительно сокращается. Кроме того ТЯРД могут быть успешно применены для аппаратов работающих на низких орбитах планет-гигантов с использованием их разряжённой атмосферы в качестве рабочего тела, или для работы в их атмосфере.
Основным недостатком ТЯРД является наличие мощного потока проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны), а также вынос высокорадиоактивных соединений урана, тугоплавких соединений с наведённой радиацией, и радиоактивных газов с рабочим телом. В этой связи ТЯРД неприемлем для наземных пусков во избежание ухудшения экологической обстановки на месте пуска и в атмосфере.
Как и у всякого ракетного или вообще любого двигателя, у твёрдофазного ядерного реактивного двигателя имеются существенные ограничения достижимых важнейших характеристик. Эти ограничения представляют собой невозможность устройству (ТфЯРД) работать в области температур превышающих диапазон предельных рабочих температур конструкционных материалов двигателя. Для расширения возможностей и значительного увеличения главных рабочих параметров ТфЯРД могут быть применены различные гибридные схемы в которых ТфЯРД играет роль источника тепла и энергии и используются дополнительные физические способы ускорения рабочих тел. Наиболее надёжной, практически осуществимой, и имеющей высокие характеристики по удельному импульсу и тяге является гибридная схема с дополнительным МГД-контуром (магнитогидродинамическим контуром) разгона ионизированного рабочего тела (водород и специальные присадки).
Ядерный ракетный двигатель времен СССР
traditio.wiki
АТОМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ.
АТОМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ. (с использованием конструктивных принципов гипотетического фотонного двигателя) или: Боевой нейтрономёт--для уничтожения всего живого.
Цитата из "Аргументов недели",( N 41 за 2011 год):
– Эскизный проект космического корабля с ядерной энергоустановкой мегаваттного класса будет завершён к концу 2012 года. А проектирование ядерного реактора для него будет готово в этом, 2011, году, – заявил генеральный директор Государственного научного центра имени Келдыша академик Анатолий Коротеев. – Наиболее сложным вопросом является разработка холодильника-излучателя. Это очень напряжённый блок работы ядерной энергоустановки. Мы очень сильно продвинулись в этом направлении: помимо холодильника-излучателя на стадии эскизного проекта выбрали особую жидкость, способную работать в условиях открытого космоса. Это органо-жидкостная композиция, которая будет обеспечивать радиационную стойкость в условиях космического полёта.
Наземную отработку космического корабля с ядерным двигателем планируется начать в 2014 году. И завершить в 2015-м.
Похоже, мы находимся от этих технологий на расстоянии «вытянутой руки»?
В космос отправится «быстрый» реактор
В проекте «Космические ядерные энергоустановки» участвуют многие ведущие специалисты (более 40 НИИ). Непосредственные разработчики проекта – Центр Келдыша, РКК «Энергия», НИКИЭТ им. Доллежаля и Курчатовский институт. Естественно, что основу будущего двигателя – саму реакторную установку разрабатывают специалисты Научно-исследовательского и конструкторского института (НИКИЭТ) им. Доллежаля, входящего в ГК «Росатом». Задействованы в проекте специалисты ещё двух ведущих организаций атомной отрасли – ВНИИ экспериментальной физики (Федеральный ядерный центр, Саров) и ВНИИА им. Н.Л. Духова.
Кстати
«Дальняя» космонавтика ограничена мощностью двигателей. Задача, которую решает Росатом, – в маленьком объеме – источник энергии огромной мощности.
Как говорит главный конструктор НИКИЭТ, доктор технических наук Владимир Сметанников, уже утверждено техническое задание на разработку реактора ядерной энергодвигательной установки и транспортно-энергетического модуля. Выбран и тип реактора – высокотемпературный, газоохлаждаемый, на быстрых нейтронах. Реализация проекта обеспечит снижение стоимости выведения полезного груза на окололунную орбиту в два раза по сравнению с жидкостными ракетными двигателями.
– Ядерную установку можно будет использовать не только для полётов на Луну, Марс и другие планеты Солнечной системы, но и за её пределы, – рассказали «АН» в пресс-службе НИКИЭТ. – Появится возможность выйти на создание систем энергоснабжения Земли из космоса, бороться с астероидно-кометной опасностью и очищать орбиту от космического мусора. И ещё можно будет наладить в условиях глубокого вакуума производство материалов (в том числе лекарств), которые невозможно получить на Земле.
МОЙ КОММЕНТ: А БОЕВОЙ НЕТРОНОМЁТ--для уничтожения всего живого не хотите?! Ракета--взлетающая в космос на мощном потоке быстрых нейтронов! КРУТО!!! Представляю--как эти нейтроны вылетают из сопла ракеты... Эдакая самовзлетающая НЕЙТРОННАЯ БОМБА... Однако главная проблема--как сделать этот поток нейтронов УЗКОНАПРАВЛЕННЫМ В ОДНУ ЛИШЬ СТОРОНУ?! И для охлаждения ОТРАЖАЮЩЕГО нейтроны зеркала--конечно нужен холодильник... Впрочем, в холоде космоса ( -273 градуса)--он может и не понадобиться. Приходилось читать: 1)нейтронное излучение обладает большой ПРОНИКАЮЩЕЙ силой 2)с помощью нейтронного облучения можно сделать НЕСПОСОБНЫМИ К ВЗРЫВУ атомные и термоядерные боеголовки ракет!!! Таким образом: россиянские излучатели, бьющие мощным пучком нейтронов--будут эффективным оружием противоракетной и противосамолётной обороны!!!
Cергей Цимбалюк независимый исследователь www.nootelepat.narod.ru P.S.Разъясняю свою идею "на пальцах": Возможно, вы хоть краем уха слыхали о принципе ФОТОННОГО двигателя. Вы НЕ СМОГЛИ ПОНЯТЬ--что в своей идее я использую именно этот принцип! "Обкатанный" во множестве фантастических произведений... Только вместо мифической энергии аннигиляции--предлагаю использовать хорошо освоенную атомную энергию. А вместо рабочего тела из невесомых фотонов--вполне увесистые ускоренные нейтроны! Это я и называю: "атомный двигатель на быстрых нейтронах". Теперь-то хоть поняли мою очередную гениальную идею, дубы лоховичи??! Вы ТАКИЕ ЖЕ ТУПЫЕ как поисковик Гугола!!! На запрос "атомный двигатель на быстрых нейтронах"--этот ваш брат по тупости тоже выдавал в первую очередь сведения о РЕАКТОРАХ на быстрых нейтронах... Но ОТНЫНЕ--всё станет на свои места! P.P.S. Конструктивно такой двигатель можно вообразить НАПОДОБИЕ рабочей камеры (резонатора) лазера--из ПЕРЕГРЕТЫХ (в результате проходящих там атомных реакций полураспада) внутренностей которой периодически выпускаются мощные короткие импульсы накопившихся (в результате ОТРАЖЕНИЯ от стенок этого атомного реактора-резонатора) высокоэнергетичных нейтронов. Я не верю--что меня читают одни дебилы! А ну ОТЗОВИТЕСЬ научные бляди--те, что втихушку воруют мои идеи!!! Что касается материала для изготовления зеркал-отражателей этого атомного реактора-резонатора: В простейшей атомной бомбе ОТРАЖАТЕЛЬ нейтронов ВОКРУГ атомного заряда--делается из обычного необогащённого природного урана. Впрочем, в американской РАНЦЕВОЙ атомной мине "Эхо" мощностью 1 килотонна и весом всего 27 килограммов, взятой на вооружение ещё в 80-е годы--использовался более лёгкий отражатель, экранирующий нейтронное излучение. Кстати: интересно, СКОЛЬКО таких атомных мин--было ТАЙНО доставлено на территорию России да ПОЗАРЫТО в разных местах, ПОЗАПРЯТАНО "на неизвлекаемость" в московских подземельях в буйные 90-тые годы?!! ОТЛИЧНЕЙШЕЕ СРЕДСТВО ДЛЯ АТОМНОГО ШАНТАЖА!!! Для поглощения быстрых нейтронов (самой опасной и глубокопроникающей части радиации) давно используется металл ЛИТИЙ. А именно: ИЗОТОП литий-6. Достаточно совсем тонкого слоя этого самого лёгкого металла, чтобы защититься от жёсткой радиации. Для производства стёкол с защитными свойствами от радиации используется ВИСМУТ. Дополнительную защиту от радиации таким стёклам придаёт покрытие их тончайшим прозрачным слоем ЗОЛОТА. Не пропускает ЛЮБЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ сплав пермаллой (никель+железо). ЧЕГО СТОЯТ ОДНИ ЛИШЬ ИДЕИ. Коротеев и его научная компашка просто внаглую присвоили ИДЕЮ плазмо-электрореактивного двигателя, которую я пару лет назад изложил в статье "ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ НЛО" !!! Привожу отрывок из этой статьи: Ещё в 70-х годы в россиянском ОКБ "Факел" (совместно с Институтом атомной энергии им. Курчатова и МАИ) смастерили ЭЛЕКТРОПЛАЗМЕННЫЙ двигатель для использования космическими кораблями исключительно ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ В КОСМОСЕ. Дело в том, что такой двигатель НЕ СПОСОБЕН вывести космический корабль с Земли в космос ИЗ-ЗА МАЛОЙ ТЯГИ. Но: в ЭЛЕКТРО-РЕАКТИВНОМ (иначе говоря: плазменно-реактивном) двигателе вышеуказанный недостаток устраняется! Струя истекающих из сопла реактивного двигателя раскалённых выхлопных газов изначально даёт хорошую тягу и одновременно является ПЛАЗМОЙ, вполне пригодной для ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО РАЗГОНА с помощью электрического тока и силы Лоренца. В таком двигателе электрическая энергия (чем больше её мощность--тем лучше!) используется для разгона предварительного ионизированного (то есть превращённого в плазму) газа. И скорость вытекания выхлопных газов достигает 50 километров в секунду. Созданные в ОКБ "Факел" маломощные электроплазменные двигатели работали на спутниках серий "Космос","Экспресс", "Ямал". В 1996 году правительство России разрешило ОКБ "Факел" заключать контракты на поставку за рубеж плазменных двигателей. Поддержано продажными властями также и сотрудничество с зарубежными фирмами при разработке указанных мною ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫХ (ПЛАЗМЕННО-РЕАКТИВНЫХ) ДВИГАТЕЛЕЙ.(Однако,как следует из самых последних сообщений--кроме мелких усовершенствований за 10 с лишним лет НИЧЕГО революционного достигнуть НЕ УДАЛОСЬ...Обычный результат международного сотрудничества россиянских научников!) КОНЕЦ ЦИТАТЫ Как это продолжается уже 10 лет--проститутки-журналюги снова ЗАМОЛЧАЛИ мою идею... Она прошла моими стараниями только по Интернету. А Коротеев и его наукообразная толпа (Центр им. Келдыша, РКК "ЭНЕРГИЯ", НИКИЭТ им.Доллежаля,Курчатовский институт и др)--15 лет успешно сопли жевали... А ПОСЛЕ МОЕЙ ПУБЛИКАЦИИ--вдруг чегой-то сразу зашевелились да заумничали! Просто-напросто предложили использовать на космическом корабле ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ не маломощный реактор "Топаз"--а полноценный атомный реактор на быстрых нейтронах. И эта идея тоже "СДУТА" из моей статьи! Цитирую себя: "В этом отношении наиболее перспективны могучие энергетические установки атомных подводных лодок, способные дать мощный электрический ток". И мудрецы-коротеевцы тут же подхватили чужую идею: вытащить атомный реактор из подлодки--да поставить на космический корабль! А я то думаю: "Чё это на фоте у Коротеева--такая морда жуликоватая??!" Впрочем, если бы эти научные ничтожества не выступили в "Аргументах недели"--так у меня , наверное, ещё не скоро бы появилась НОВАЯ замечательная идея: "АТОМНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ"... Коротеев! Воруй! Фас! Хотел было опубликовать ещё некоторые ПОДРОБНОСТИ устройства такого атомного двигателя... Но теперь--ХРЕН ВАМ ВСЕМ!!! Пусть наукообразные остепенённые попробуют САМИ ДОДУМАТЬСЯ... Может --обосрутся от натуги! (издевательский смех за кадром)
ЭТО ВООБЩЕ АТОМНЫЙ РЕАКТОР НОВОГО ТИПА! Академик РАН Месяц--открыл ЯВЛЕНИЕ ВЗРЫВНОЙ ЭМИССИИ электронов из металлов, позволяющее получать сверхбольшие токи. Если быстро ввести в металлический катод энергию большой концентрации, то происходит мгновенный переход металла ИЗ ТВЁРДОГО СОСТОЯНИЯ В ПЛАЗМУ и выделяется большой поток электронов. В этом направлении науки рашены пока что занимают лидирующие позиции в мире! Однако никому из тупых научников не пришла в голову ИДЕЯ: А если в качестве ТАКИХ КАТОДОВ--использовать плутониевые стержни в атомном реакторе??! Плутоний, РЕЗКО превращённый в плазму и остающийся ЗАЖАТЫМ в тесном объёме... По сути дела: ведь ИМЕННО ЭТО и происходит в атомном заряде--когда его сжимает со всех сторон ВЗОРВАВШАЯСЯ обычная ВЗРЫВЧАТКА!!! И сам атомный заряд--ТОЛЬКО ТОГДА и взрывается... То есть получается, что атомный взрыв НАЧИНАЕТСЯ в плутониевом (или урановом) заряде--ТОЛЬКО ЕСЛИ плутоний доведён до агрегатного состояния СЖАТОЙ ПЛАЗМЫ! Возвращаясь к ИДЕЕ: таким образом, пропуская через плутониевые стержни "энергию большой концентрации"--можно усиливать и регулировать ИСТЕЧЕНИЕ НЕЙТРОНОВ из плутония. Если нужно: получать мгновенный переход плутония из твёрдого состояния металла--в плазму. Всё по Месяцу. Вообразите себе: РЕЗОНАТОР атомного двигателя, заполненный эдакой ПЛУТОНИЕВОЙ ПЛАЗМОЙ! И больше НИЧЕМ!!! Если хотите--это своеобразный ПЛУТОНИЕВЫЙ ЛАЗЕР. Как назовём такую хрень--ПЛАЗЕР?! Или пЛУЗЕР?? Ха-ха-ха! (смех дьявола) (Конечно, заполнять рабочий объём резонатора НАСТОЯЩЕГО лазера--можно будет плазмой ЛЮБОГО металла! И в любой концентрации. Но это я отвлёкся...) Пару абзацев Я НЕ НАБИРАЮ... НЕХРЕН БАЛОВАТЬ ХАЛЯВЩИКОВ!!!
Cергей Цимбалюк независимый исследователь www.nootelepat.narod.ru
РАКЕТА НЕИЗБЕЖНАЯ. Мне НАДОЕЛО читать и слышать всю идиотскую чушь о ракетах и снарядах с тепловыми головками наведения, лазерным наведением, радарным активным и пассивным лоцированием, компьютерным управлением с искусственным интеллектом и прочим ЖУЛЬНИЧЕСТВОМ КОНСТРУКТОРОВ!!! Никакой компьютер--пока что не в состоянии сравниться В ОПРЕДЕЛЕНИИ ЦЕЛИ с человеческим мозгом... А современные СРЕДСТВА СВЯЗИ--уже достигли невиданных ранее успехов! Поэтому: пора переходить К НЕПОСРЕДСТВЕННО РАДИОУПРАВЛЯЕМЫМ ЧЕЛОВЕКОМ-ОПЕРАТОРОМ ракетам и снарядам!!! Человеческий МОЗГ должен РАБОТАТЬ--а не валять дурака как паразит! Когда узнаёшь, что современный самолёт может САМ лететь и даже успешно ПРИЗЕМЛИТЬСЯ с потерявшим сознание лётчиком... Возникает естественный вопрос--а ЗАЧЕМ этот мешок с дерьмом вообще нужен в самолёте ??! Современная техника--успешно УПРАВЛЯЕТСЯ НА РАССТОЯНИИ. Принцип "выстрелил и забыл"--это самый наисущий ИДИОТИЗМ! Выстрелил--и по РАДИОТЛЕВИЗИОННОМУ каналу связи ДОВЁЛ ТОЧНО ДО ЦЕЛИ!!! Вот это--МАГИСТРАЛЬНЫЙ ПУТЬ развития оружия. А все надежды на САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ головки наведения и компьютеры--это ПУСТОЕ, это технический ТУПИК ! Это пригодно только для автоматизированного ОТБОЯ снарядов и ракет противника непосредственно НА ПОЛЕ БОЯ... Там, где РЕАКЦИЯ человека--безусловно уступает реакции компьютера! А во всех остальных боевых вариантах--это НЕДОСТАТОЧНО надёжно и эффективно... Это одно ГРАНДИОЗНОЕ ЖУЛЬНИЧЕСТВО и кормушка для множества конструкторов и программистов... Одни выдумывают всякие хитроумные радиоэлектронные штучки и компьютерные программы для засечения и ОПРЕДЕЛЕНИЯ цели... А другие придумывают--как эти компьютерные штучки ОБМАНУТЬ! Это бессмысленный и БЕСКОНЕЧНЫЙ "тяни-толкай" жуликов-конструкторов!!! Совсем другое--ЧЕЛОВЕК в качестве НАВОДЧИКА на цель! Эдакий своеобразный "камикадзе" современности--от которого совсем НЕ ТРЕБУЕТСЯ ни храбрости, ни самопожертвования... Современные космические спутники слежения--позволяют РАЗГЛЯДЕТЬ из космоса объект на поверхности Земли величиной с футбольный мяч! Поэтому нет никакой технической проблемы В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ получать НЕ ОТМЕТКУ на дисплее--а ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ взлетающей стратегической ракеты !!! Вид из космоса... Не отметку на экране радара--а РЕАЛЬНОЕ телевизионное ИЗОБРАЖЕНИЕ летящего над поверхностью Земли самолёта. И его ТОЧНЫЕ координаты и скорость В ЛЮБОЙ МОМЕНТ времени. Можно ВИДЕТЬ НА ТЕЛЕЭКРАНЕ--летящую по орбите боеголовку стратегической ракеты и ЛОЖНЫЕ ЦЕЛИ, которые она из себя выбрасывает (для обдуривания тупых радаров и компьютеров). А ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЛАЗ--такой хренью НЕ ОБДУРИШЬ!!! И ТАКИМ образом: всё РЕАЛЬНО ВИДЕТЬ, всё ДВИГАЮЩЕЕСЯ--ПОСТОЯННО отслеживать и (при необходимости) УНИЧТОЖАТЬ!!! Джойстиком, джойстиком--НАВОДКА ТОЧНО В ЦЕЛЬ! И картинка взрыва--НА ТЕЛЕЭКРАНЕ, в реальном времени... Космический ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ СУПЕРГЛАЗ--позволит человеку В ЛЮБОЙ МИГ заглянуть В ЛЮБУЮ ТОЧКУ земного шара!!! И МГНОВЕННО принять все необходимые меры. Американцы придумали и УЖЕ СМАСТЕРИЛИ электромагнитные пушки... Чтобы с огромной скоростью швыряться металлическими БОЛВАНКАМИ! А зачем ТОЛЬКО болванками??! Можно ЗАБРАСЫВАТЬ на космическую орбиту МАЛЕНЬКИЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ противоракетки! И ПЕРЕХВАТЫВАТЬ ими--стратегические боеголовки россиянских идиотов !!! Пощекотать этих тупых "зелёных человечков"--ракетой НЕИЗБЕЖНОЙ!
Сергей Цимбалюк независимый исследователь www.nootelepat.narod.ru P.S. Расплавится ли электроника противоракетки? Решение проблемы--СДВОЕННЫЙ снаряд!!! ПЕРВОЙ летит металлическая БОЛВАНКА--и принимает НА СЕБЯ всё сопротивление воздуха! А точно и ВПЛОТНУЮ вслед за ней--летит выпущенная из той же электромагнитной пушки противоракетка!!! Летит в комфортных условиях РАЗРЕЖЁННОГО ВОЗДУШНОГО КАНАЛА!!! Подталкивая тормозящую болванку...
www.nootelepat.narod.ru
108 м/с. 1 ил. Термоядерный космический двигатель относится к космонавтике. Предназначен для космических кораблей, развивающих скорость более 2108 м/сек. Прототипом является ядерный ракетный двигатель, содержащий корпус, бак с жидким водородом, насос, зону нагрева и турбину с центральным каналом, заканчивающимся зоной ускорения с электрическими ракетными двигателями, включающими анод с катодом и ядерный реактор /см. У.Р.Корлис Ракетные двигатели для космических кораблей. Изд. иностр. литературы. 1962 г., стр. 322 и 323/. Реакция распада ядер создает в 84,5 раза меньше термоядерной энергии. Кроме того, ядерный реактор образует большое количество радиоактивных отходов, которые являются балластом для космических кораблей, не содержит электрогенератора постоянного тока. На чертеже изображен продольный разрез термоядерного двигателя. Арабскими цифрами обозначены детали на чертеже. Корпус 1. Рубашка 2 вокруг центрального канала. Нагревает водород и охлаждает соленоидную катушку 3, окружающую центральный канал, и защищает реактор. Трубка для ядерного топлива 4. В качестве ядерного топлива могут быть литий-6 и оружейный уран и плутоний, которые при облучении медленными нейтронами создают энергию для термоядерного синтеза дейтерия с тритием. Насос 5 закачивает ядерное топливо в нейтронный облучатель 6, облучающий медленными нейтронами ядерное топливо. Замедлитель нейтронов 7 из оксида бериллия замедляет нейтроны. Карбид плутония 8 излучает нейтроны. Отражатель нейтронов 9 отражает нейтроны. Трубка с тритием 10. Насос 11 закачивает тритий в центральный канал. Дейтериевая трубка 12 через насос 13 соединена с центральным каналом 14. Зона ускорения 15 содержит кольцевидные катод 16 и анод 17 и окружена соленоидной катушкой, создающей в зоне ускорения асимметричное магнитное поле. Под действием силы Ампера плазма ускоряется в зоне ускорения, выходя из сопла 18 создает тяговую силу. Водородная секция 19 имеет форму полого тороидального кольца, заполненного водородом. Электродами через электропроводники соединена с электродами кислородной секции. Никелевый анод 20 электропроводником соединен с медным катодом 25 кислородной секции. Водород через электропроводник отдает электроны кислороду с окислением водорода и образованием ионов водорода и кислорода, обладающих зарядом. Никелевый анод через электропроводник, твердый электролит 21 соединен с медным катодом 22, соединенным электропроводником с кольцевидным анодом 15. Водородная камера 23. Кислородная секция 24 имеет форму полого тороидального кольца, заполненного кислородом. Электродами через электропроводники соединена с электродами водородной секции двигателем и водородной трубой. Медный катод 25 электродом через электропроводник соединен с никелевым анодом 20 водородной секции. Водород через электропроводник отдает электроны кислороду с окислением водорода, с образованием ионов водорода и кислорода, обладающих зарядом. Медный катод через твердый электролит 26 соединен с никелевым анодом 27, соединенным электропроводниками с соленоидной катушкой 3 и кольцевидным катодом 17. Кислородная камера 28. Медный катод 29 через электропроводник соединен с никелевым анодом 36 и соленодной катушкой 37 водородной трубы. Водород через электропроводник отдает электроны кислороду с окислением водорода и образованием ионов водорода и кислорода, обладающих зарядом. Медный катод через твердый электролит 30 соединен с никелевым анодом 31, соединен электропроводником с соленоидной катушкой 37 никелевым анодом 40 водородной трубы. Кислородная камера 32. Бак с жидким водородом 33, соединенный с трубкой для водорода 34, содержащей центробежный насос 35 и никелевый анод 36, соединенный электропроводником с медным катодом 29 кислородной секции. Водород отдает электроны кислороду с окислением водорода и образованием ионов водорода и кислорода, обладающих зарядом. Ионы водорода движутся по центральному каналу 38, окруженному соленоидной катушкой 37, создающей асимметричное магнитное поле. Ионы водорода ускоряются под действием силы Ампера. Карбид радиоактивного стронция 39 усиливает ионизацию водорода. Медный катод через электропроводник соединен с никелевым анодом 31 кислородной секции. Ионы кислорода через электропроводник возвращают электроны ионам водорода с восстановлением водорода. Ускоренный водород проходит в рубашку 2 двигателя, охлаждая соленоидную катушку и нагревается. Далее проходит в центральный канал, в котором водород превращается в плазму под действием термоядерной энергии и проходит в зону ускорения 15, окруженную соленоидной катушкой, создающей асимметричное магнитное поле. Плазма ускоряется под действием силы Ампера и выходит из сопла 18, создающего тяговую силу. Термоядерная энергия в 84,5 раза больше энергии ядерного распада. При распаде ядер образуется большое количество радиоактивных отходов. Электрический ракетный двигатель развивает скорость до 1105 м/сек. Термоядерный ракетный двигатель до 3107 м/сек. Данный двигатель развивает скорость более 2108 м/сек с высоким коэффициентом полезного действия. www.freepatent.ru
