Ядерный ракетный двигатель

Cтраница 2

В настоящее время проводятся интенсивные работы по созданию новых типов ракетных двигателей, которые принципиально отличаются от жидкостных реактивных двигателей, использующих химическую энергию топлива. В проектах ядерных ракетных двигателей рабочее вещество нагревается в ядерном реакторе и затем вытекает через сопло. Предполагается, что таким образом удастся значительно повысить скорость истечения и. Еще более значительное увеличение скорости и предполагается осуществить в ионном ракетном двигателе. В этом двигателе реактивная сила тяги создается вследствие выбрасывания из двигателя заряженных частиц - ионов, которые предварительно разгоняются в электрическом поле до скоростей порядка сотен и даже тысяч километров в секунду. Однако сила тяги ионного двигателя fp u dm / d / не может быть сделана большой, так как секундный массовый расход dm / d /, численно равный массе всех ионов, образующихся в двигателе и выбрасываемых из него за 1 с, крайне невелик. [16]

Находится в стадии разработки. Источником энергии ядерного ракетного двигателя является ядерное топливо. В ракетном двигателе с ядерным реактором тепло, выделяющееся в результате цепной реакции деления, сообщается рабочему телу ( напр. В радиоизотопном ядерном ракетном двигателе используется энергия радиоактивного распада. [17]

Общеизвестно использование жидкого водорода как горючего в ракетном двигателе. Недавно американские исследователи опубликовали некоторые данные о ядерном ракетном двигателе, в котором газом-теплоносителем, нагреваемым в реакторе до 2500 С, служит жидкий водород. Нагретый до столь высокой температуры водород, вырываясь из сопла, создает необходимую для движения ракеты реактивную тягу. [18]

Исключительно высокие температуры плавления борида гафния ( 3250 С) и карбида гафния позволяют использовать эти соединения в качестве специальных огнеупорных материалов. Борид гафния перспективен для изготовления отдельных деталей, применяемых в ракетостроении [31], и органов регулирования ядерных реакторов, а карбид гафния - в качестве оболочек тепловыделяющих элементов ядерных ракетных двигателей. [19]

Увеличение характеристической скорости многоступенчатой ракеты по сравнению с одноступенчатой ракетой, имеющей ту же стартовую массу и тот же запас топлива и окислителя, связано с уменьшением массы конструкции по мере выгорания топлива. В настоящее время проводятся интенсивные работы по созданию новых типов ракетных двигателей, которые принципиально отличаются от жидкостных реактивных двигателей, использующих химическую энергию топлива. В проектах ядерных ракетных двигателей рабочее вещество нагревается в ядерном реакторе и затем вытекает через сопло. Предполагается, что таким образом удастся значительно повысить скорость истечения и. Еще более значительное увеличение скорости и предполагается осуществить в ионном ракетном двигателе. В этом двигателе реактивная сила тяги создается вследствие выбрасывания из двигателя заряженных частиц - ионов, которые предварительно разгоняются в электрическом поле до скоростей порядка сотен и даже тысяч километров в секунду. Fp u dm / dt не может быть сделана большой, так как секундный массовый расход dm / dt, численно равный массе всех ионов, образующихся в двигателе и выбрасываемых из него за 1 с, крайне невелик. Для запуска ракеты с Земли требуется двигатель, сила тяги которого больше силы тяжести ракеты на старте. Поэтому ионный двигатель непригоден для осуществления старта ракеты с Земли. Незначительный расход массы при работе ионного двигателя позволяет увеличить массу полезной нагрузки и длительность работы ионного двигателя по сравнению с жидкостным реактивным двигателем. [20]

Как показывают оценки, выведение с использованием электрореактивных двигателей и ядерной энергоустановки обеспечивает существенную экономию средств, позволяя заменить тяжелые ракеты-носители ракетами-носителями среднего класса, либо выводить на высокие орбиты полезные нагрузки в 2 - 3 раза большей массы. Так, например, для РН Ариан с бортовой солнечной энергоустановкой мощностью 20 кВт масса космического аппарата, доставляемого на геостационарную орбиту, при переходе к ядерному энергоисточнику увеличивается с 4 1 - 5 3 т до 13 4 т при длительности выведения не более 6 месяцев. Если же будет использован ЯЭДУ с ядерным ракетным двигателем тягой 100 - 7000 Н, время доставки КА сократится до нескольких суток. [21]

Принцип действия ядерного ракетного двигателя с твердофазным реактором. 1 - сопло. 2 - тепловыделяющий элемент. 3 - поступление рабочего тела ( жидкого водорода. [22]

В таких двигателях ( рис. 46) тепловая энергия, выделяемая реактором, идет на нагревание специального вещества ( называемого рабочим телом) 78, которое, расширяясь, с большой скоростью вырывается из сопла, создавая необходимую тягу космического корабля. Чем выше скорость выхода газа из сопла, тем больше тяга, создаваемая ракетным двигателем. А поскольку более легким молекулам легче сообщить более высокую скорость, то не удивительно, что в ядерных ракетных двигателях было предложено использовать в качестве рабочего тела жидкий водород. К началу 70 - х годов его основные агрегаты и системы прошли стендовую отработку, но когда встал вопрос об изготовлении первых летных образцов ядерного ракетного двигателя, все работы по его созданию были приостановлены. Отчасти это было связано с резким сокращением ассигнований США на космические программы, что отодвинуло осуществление пилотируемого полета к Марсу по крайней мере на начало следующего века. [25]

Мы можем представить, что ядерные реакторы могут заменить камеру сгорания в газотурбинном или прямоточном воздушно-реактивном двигателе или бойлер в паровом двигателе. Задача реактора в этом случае заключается в добавке теплоты в воздух или водяной пар. Основная проблема состоит в том, чтобы найти методы, которые выводят теплоту из реактора и переносят ее в воздух или пар при достаточно высокой температуре; иначе КПД невысокий, и установка становится громоздкой. Это предполагает технологические проблемы высокой сложности. Материалы также должны быть защищены от радиоактивной коррозии. Для создания ядерного ракетного двигателя нужно подумать об использовании струй продуктов деления непосредственно для тягового усилия. [26]

Страницы: 1 2