Entwurf von Raketentriebwerken mit Kernbrennstoff. Kernphysik zum Anfassen
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In allgemeinbildenden Veröffentlichungen zur Raumfahrt wird häufig nicht zwischen einem nuklearen Raketentriebwerk (NRE) und einem nuklearen elektrischen Antriebssystem (NURE) unterschieden. Hinter diesen Abkürzungen verbergen sich jedoch nicht nur die unterschiedlichen Prinzipien der Umwandlung von Kernenergie in Raketenschub, sondern auch eine sehr dramatische Entwicklungsgeschichte der Raumfahrt.
Das Drama der Geschichte liegt darin, dass, wenn die vor allem aus wirtschaftlichen Gründen eingestellte Forschung an Kernantrieben und Kernantrieben sowohl in der UdSSR als auch in den USA fortgesetzt worden wäre, menschliche Flüge zum Mars längst alltäglich geworden wären.
Alles begann mit atmosphärischen Flugzeugen mit einem Staustrahl-Atomtriebwerk
Designer in den USA und der UdSSR dachten über „atmende“ Kernkraftwerke nach, die Außenluft ansaugen und auf kolossale Temperaturen erhitzen könnten. Wahrscheinlich wurde dieses Prinzip der Schuberzeugung nur von Staustrahltriebwerken übernommen Raketentreibstoff Spaltungsenergie verwendet Atomkerne Urandioxid 235.In den USA wurde ein solcher Motor im Rahmen des Pluto-Projekts entwickelt. Den Amerikanern gelang es, zwei Prototypen des neuen Triebwerks zu bauen – Tory-IIA und Tory-IIC, die sogar die Reaktoren antrieben. Die Anlagenleistung sollte 600 Megawatt betragen.
Die im Rahmen des Pluto-Projekts entwickelten Triebwerke sollten in Marschflugkörpern eingebaut werden, die in den 1950er Jahren unter der Bezeichnung SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, Überschall-Low-Altitude-Rakete) entwickelt wurden.
Die Vereinigten Staaten planten den Bau einer Rakete mit einer Länge von 26,8 Metern, einem Durchmesser von drei Metern und einem Gewicht von 28 Tonnen. Der Raketenkörper sollte einen Atomsprengkopf sowie ein Atomantriebssystem mit einer Länge von 1,6 Metern und einem Durchmesser von 1,5 Metern enthalten. Im Vergleich zu anderen Größen wirkte die Anlage sehr kompakt, was das Direktstromprinzip erklärt.
Die Entwickler gingen davon aus, dass die Flugreichweite der SLAM-Rakete dank des Atomtriebwerks mindestens 182.000 Kilometer betragen würde.
1964 schloss das US-Verteidigungsministerium das Projekt ab. Der offizielle Grund war, dass eine nuklearbetriebene Marschflugkörper im Flug alles um sich herum zu sehr verschmutze. Tatsächlich lag der Grund jedoch in den erheblichen Kosten für die Wartung solcher Raketen, zumal sich die Raketentechnik zu dieser Zeit rasant weiterentwickelte und auf Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerken basierte, deren Wartung viel kostengünstiger war.
Die UdSSR blieb der Idee, ein Staustrahltriebwerk für ein nuklearbetriebenes Triebwerk zu entwickeln, viel länger treu als die Vereinigten Staaten und schloss das Projekt erst 1985 ab. Aber die Ergebnisse erwiesen sich als viel aussagekräftiger. So wurde das erste und einzige sowjetische Atomraketentriebwerk im Konstruktionsbüro Khimavtomatika in Woronesch entwickelt. Dies ist RD-0410 (GRAU-Index – 11B91, auch bekannt als „Irbit“ und „IR-100“).
Der RD-0410 verwendete einen heterogenen thermischen Neutronenreaktor, der Moderator war Zirkoniumhydrid, die Neutronenreflektoren bestanden aus Beryllium, der Kernbrennstoff war ein Material auf der Basis von Uran und Wolframcarbiden mit einer Anreicherung des 235-Isotops von etwa 80 %.
Der Entwurf umfasste 37 Brennelemente, die mit einer Wärmedämmung abgedeckt waren, die sie vom Moderator trennte. Das Design sah vor, dass der Wasserstoffstrom zunächst durch den Reflektor und den Moderator strömte, deren Temperatur auf Raumtemperatur hielt, und dann in den Kern eintrat, wo er die Brennelemente abkühlte und auf 3100 K erhitzte. Am Stand befanden sich der Reflektor und der Moderator gekühlt durch einen separaten Wasserstoffstrom.
Der Reaktor durchlief eine umfangreiche Testreihe, wurde jedoch nie über die gesamte Betriebsdauer getestet. Allerdings waren die äußeren Reaktorkomponenten völlig erschöpft.
Technische Eigenschaften von RD 0410
Schub im Leerraum: 3,59 tf (35,2 kN)
Wärmeleistung des Reaktors: 196 MW
Spezifischer Schubimpuls im Vakuum: 910 kgf s/kg (8927 m/s)
Anzahl der Starts: 10
Arbeitsaufwand: 1 Stunde
Kraftstoffkomponenten: Arbeitsflüssigkeit – flüssiger Wasserstoff, Hilfsstoff – Heptan
Gewicht mit Strahlenschutz: 2 Tonnen
Motorabmessungen: Höhe 3,5 m, Durchmesser 1,6 m.
Relativ kleine Gesamtabmessungen und Gewicht, hohe Temperatur des Kernbrennstoffs (3100 K). effektives System Die Kühlung durch einen Wasserstoffstrom weist darauf hin, dass der RD0410 ein nahezu idealer Prototyp eines nuklearen Antriebsmotors für moderne Marschflugkörper ist. Und wenn man darüber nachdenkt moderne Technologien Um selbststoppenden Kernbrennstoff zu erhalten und die Ressource von einer Stunde auf mehrere Stunden zu erhöhen, ist dies eine sehr reale Aufgabe.
Konstruktionen von Nuklearraketentriebwerken
Nuklearer Raketentriebwerk (NRE) - Düsentriebwerk, in dem die Energie entsteht Kernreaktion Zerfall oder Synthese, erhitzt das Arbeitsmedium (meistens Wasserstoff oder Ammoniak).Abhängig von der Art des Brennstoffs für den Reaktor gibt es drei Arten von Kernantriebsmotoren:
- feste Phase;
- Flüssigphase;
- Gasphase.
In Gasphasen-Kerntriebwerken befinden sich der Brennstoff (z. B. Uran) und das Arbeitsmedium in einem gasförmigen Zustand (in Form von Plasma) und werden festgehalten Arbeitsbereich elektromagnetisches Feld. Auf Zehntausende Grad erhitztes Uranplasma überträgt Wärme auf das Arbeitsmedium (z. B. Wasserstoff), das wiederum, wenn es auf hohe Temperaturen erhitzt wird, einen Strahlstrom bildet.
Anhand der Art der Kernreaktion unterscheidet man zwischen einem Radioisotop-Raketentriebwerk, einem thermonuklearen Raketentriebwerk und einem Kerntriebwerk selbst (die Energie der Kernspaltung wird genutzt).
Eine interessante Option ist auch ein gepulster Nuklearraketenmotor – es wird vorgeschlagen, eine Nuklearladung als Energiequelle (Brennstoff) zu verwenden. Solche Installationen können interner und externer Art sein.
Die Hauptvorteile nuklearbetriebener Motoren sind:
- hoher spezifischer Impuls;
- erhebliche Energiereserven;
- Kompaktheit des Antriebssystems;
- die Möglichkeit, einen sehr hohen Schub zu erzielen – Dutzende, Hunderte und Tausende Tonnen im Vakuum.
- Flüsse durchdringender Strahlung (Gammastrahlung, Neutronen) bei Kernreaktionen;
- Entfernung hochradioaktiver Verbindungen von Uran und seinen Legierungen;
- Austritt radioaktiver Gase mit dem Arbeitsmedium.
Nukleares Antriebssystem
In Anbetracht dessen, dass keine zuverlässigen Informationen über Kernkraftwerke aus Veröffentlichungen, einschließlich aus wissenschaftliche Artikel, es ist unmöglich zu erhalten, das Funktionsprinzip solcher Anlagen lässt sich am besten anhand von Beispielen offener Patentmaterialien betrachten, obwohl diese Know-how enthalten.Beispielsweise lieferte der herausragende russische Wissenschaftler Anatoly Sazonovich Koroteev, der Autor der Erfindung im Rahmen des Patents, eine technische Lösung für die Zusammensetzung der Ausrüstung eines modernen YARDU. Nachfolgend präsentiere ich einen Teil des besagten Patentdokuments wörtlich und unkommentiert.
Der Kern der vorgeschlagenen technischen Lösung wird durch das in der Zeichnung dargestellte Diagramm veranschaulicht. Ein im Antriebsenergiemodus arbeitendes nukleares Antriebssystem enthält ein elektrisches Antriebssystem (EPS) (im Beispieldiagramm sind zwei elektrische Raketentriebwerke 1 und 2 mit entsprechenden Zuführsystemen 3 und 4 dargestellt), eine Reaktoranlage 5, eine Turbine 6, ein Kompressor 7, ein Generator 8, Wärmetauscher-Rekuperator 9, Ranck-Hilsch-Wirbelrohr 10, Kühlschrank-Kühler 11. In diesem Fall sind Turbine 6, Kompressor 7 und Generator 8 zu einer einzigen Einheit zusammengefasst – einem Turbogenerator-Kompressor. Die Kernantriebseinheit ist mit Rohrleitungen 12 für das Arbeitsmedium und elektrischen Leitungen 13 ausgestattet, die den Generator 8 und die elektrische Antriebseinheit verbinden. Der Wärmetauscher-Rekuperator 9 verfügt über sogenannte Hochtemperatur-14 und Niedertemperatur-15 Arbeitsflüssigkeitseingänge sowie Hochtemperatur-16 und Niedertemperatur-17 Arbeitsflüssigkeitsausgänge.Links:Der Ausgang der Reaktoreinheit 5 ist mit dem Eingang der Turbine 6 verbunden, der Ausgang der Turbine 6 ist mit dem Hochtemperatur-Eingang 14 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 verbunden. Der Niedertemperatur-Ausgang 15 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 ist mit dem Eingang des Ranck-Hilsch-Wirbelrohrs 10 verbunden. Das Ranck-Hilsch-Wirbelrohr 10 hat zwei Ausgänge, von denen einer (über das „heiße“ Arbeitsmedium) mit der Kühlerkühlung 11 verbunden ist und der andere ( Der Ausgang des Kühlerkühlers 11 ist ebenfalls mit dem Eingang des Kompressors 7 verbunden. Der Ausgang des Kompressors 7 ist mit dem Niedertemperatureingang 15 verbunden Wärmetauscher-Rekuperator 9. Der Hochtemperaturausgang 16 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 ist mit dem Eingang der Reaktoranlage 5 verbunden. Somit sind die Hauptelemente des Kernkraftwerks durch einen einzigen Kreislauf des Arbeitsmediums miteinander verbunden .
Das Atomkraftwerk läuft auf die folgende Weise. Das in der Reaktoranlage 5 erhitzte Arbeitsmedium wird zur Turbine 6 geleitet, die den Betrieb des Kompressors 7 und des Generators 8 des Turbogenerator-Kompressors gewährleistet. Generator 8 erzeugt elektrische Energie, die elektrische Leitungen 13 ist auf die elektrischen Raketentriebwerke 1 und 2 und deren Versorgungssysteme 3 und 4 gerichtet und stellt deren Betrieb sicher. Nach dem Verlassen der Turbine 6 wird das Arbeitsmedium durch den Hochtemperatureinlass 14 zum Wärmetauscher-Rekuperator 9 geleitet, wo das Arbeitsmedium teilweise abgekühlt wird.
Anschließend wird das Arbeitsmedium vom Niedertemperaturauslass 17 des Wärmetauscher-Rekuperators 9 in das Ranque-Hilsch-Wirbelrohr 10 geleitet, in dem der Arbeitsmediumstrom in „heiße“ und „kalte“ Komponenten aufgeteilt wird. Der „heiße“ Teil des Arbeitsmediums gelangt dann zum Kühlschrank-Emitter 11, wo dieser Teil des Arbeitsmediums effektiv gekühlt wird. Der „kalte“ Teil des Arbeitsmediums gelangt zum Einlass des Kompressors 7, und nach der Abkühlung folgt dort auch der Teil des Arbeitsmediums, der den Strahlungskühler 11 verlässt.
Der Kompressor 7 führt das gekühlte Arbeitsmedium über den Niedertemperatureinlass 15 dem Wärmetauscher-Rekuperator 9 zu. Dieses gekühlte Arbeitsmedium im Wärmetauscher-Rekuperator 9 sorgt für eine teilweise Kühlung des Gegenstroms des in den Wärmetauscher-Rekuperator eintretenden Arbeitsmediums 9 von der Turbine 6 durch den Hochtemperatureinlass 14. Anschließend wird das teilweise erwärmte Arbeitsmedium (aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem Gegenstrom des Arbeitsmediums von der Turbine 6) vom Wärmetauscher-Rekuperator 9 durch den Hochtemperatur-Einlass 14 geleitet Wenn der Auslass 16 erneut in die Reaktoranlage 5 gelangt, wiederholt sich der Zyklus erneut.
Somit wird ein einziges Arbeitsmedium bereitgestellt, das sich in einem geschlossenen Kreislauf befindet kontinuierliche Arbeit Kernantriebssystem und die Verwendung eines Ranque-Hilsch-Wirbelrohrs im Kernantriebssystem gemäß der beanspruchten technischen Lösung verbessern die Gewichts- und Größeneigenschaften des Kernantriebssystems, erhöhen die Zuverlässigkeit seines Betriebs, vereinfachen seine Konstruktion und Herstellung Es ist möglich, die Effizienz des gesamten nuklearen Antriebssystems zu steigern.
Ein Raketentriebwerk, dessen Arbeitsmedium entweder eine Substanz (z. B. Wasserstoff) ist, die durch die bei einer Kernreaktion oder einem radioaktiven Zerfall freigesetzte Energie erhitzt wird, oder direkt die Produkte dieser Reaktionen. Unterscheiden... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch
Ein Raketentriebwerk, dessen Arbeitsmedium entweder eine Substanz (z. B. Wasserstoff) ist, die durch die bei einer Kernreaktion oder einem radioaktiven Zerfall freigesetzte Energie erhitzt wird, oder direkt die Produkte dieser Reaktionen. Befindet sich in… … Enzyklopädisches Wörterbuch
nuklearer Raketenmotor- branduolinis raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, kuriame reaktyvinė trauka sudaroma vykstant branduolinei arba termobranduolinei reakcijai. Branduoliniams raketiniams varikliams sudaroma kur kas didesnė … … Artilerijos terminų žodynas
- (Nuclear Jet) ein Raketentriebwerk, bei dem aufgrund der beim radioaktiven Zerfall oder einer Kernreaktion freigesetzten Energie Schub erzeugt wird. Je nach Art der im Kerntriebwerk ablaufenden Kernreaktion wird ein Radioisotop-Raketentriebwerk unterschieden... ...
- (YRD) Raketentriebwerk, dessen Energiequelle Kernbrennstoff ist. In einem atomgetriebenen Motor mit einem Kernreaktor. Die bei einer nuklearen Kettenreaktion freigesetzte Toruswärme wird auf das Arbeitsmedium (z. B. Wasserstoff) übertragen. Kernreaktorkern... ...
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Nuclear Rocket Engine (NRE) ist eine Art Raketentriebwerk, das die Energie der Spaltung oder Fusion von Kernen nutzt, um einen Strahlschub zu erzeugen. Sie sind tatsächlich reaktiv (Erhitzen des Arbeitsmediums in einem Kernreaktor und Freisetzen von Gas durch... ... Wikipedia
Ein Strahltriebwerk, dessen Energiequelle und Arbeitsmedium sich im Fahrzeug selbst befindet. Das Raketentriebwerk ist das einzige, das praktisch beherrscht wird, um eine Nutzlast in die Umlaufbahn eines künstlichen Erdsatelliten zu bringen und in ... ... Wikipedia zu verwenden
- (RD) Ein Strahltriebwerk, das für seinen Betrieb nur Stoffe und Energiequellen nutzt, die in einem sich bewegenden Fahrzeug (Flugzeug, Boden, Unterwasser) in Reserve vorhanden sind. Im Gegensatz zu Luftstrahltriebwerken (siehe... ... Große sowjetische Enzyklopädie
Isotopenraketentriebwerk, ein Kernraketentriebwerk, das die Zerfallsenergie radioaktiver chemischer Isotope nutzt. Elemente. Diese Energie dient dazu, das Arbeitsmedium zu erhitzen, oder das Arbeitsmedium besteht aus den Zersetzungsprodukten selbst und bildet... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch
Ende letzten Jahres russische Raketentruppen strategisches Ziel testete eine völlig neue Waffe, deren Existenz bisher als unmöglich galt. Der nuklearbetriebene Marschflugkörper, den Militärexperten als 9M730 bezeichnen, ist genau die neue Waffe, von der Präsident Putin in seiner Ansprache vor der Bundesversammlung gesprochen hat. Der Raketentest wurde vermutlich am Testgelände durchgeführt Neues Land, ungefähr Ende Herbst 2017, genaue Daten werden jedoch nicht bald freigegeben. Der Raketenentwickler ist vermutlich auch das Novator Experimental Design Bureau (Jekaterinburg). Nach Angaben kompetenter Quellen traf die Rakete das Ziel im Normalmodus und die Tests galten als völlig erfolgreich. Weitere angebliche Fotos des Starts (oben) einer neuen Rakete mit einem Kernkraftwerk und sogar indirekte Bestätigungen im Zusammenhang mit der Anwesenheit der Il-976 LII Gromov zum erwarteten Testzeitpunkt in unmittelbarer Nähe des Testgeländes Labor“ mit Rosatom-Marken erschien in den Medien. Es tauchten jedoch noch mehr Fragen auf. Ist die erklärte Fähigkeit der Rakete, in unbegrenzter Reichweite zu fliegen, realistisch und wie wird sie erreicht?
Eigenschaften einer Marschflugkörper mit einem Kernkraftwerk
Die Eigenschaften einer Marschflugkörper mit Atomwaffen, die unmittelbar nach Wladimir Putins Rede in den Medien auftauchten, können von den tatsächlichen abweichen, die später bekannt werden. Bisher wurden folgende Daten zu Größe und Leistungsmerkmalen der Rakete veröffentlicht:Länge
- Startseite- mindestens 12 Meter,
- marschieren- mindestens 9 Meter,
Durchmesser des Raketenkörpers- etwa 1 Meter,
Gehäusebreite- etwa 1,5 Meter,
Schwanzhöhe- 3,6 - 3,8 Meter
Das Funktionsprinzip einer russischen Marschflugkörper mit Atomantrieb
Die Entwicklung nuklearbetriebener Raketen wurde von mehreren Ländern gleichzeitig durchgeführt und begann bereits in den fernen 1960er Jahren. Die von den Ingenieuren vorgeschlagenen Entwürfe unterschieden sich nur in Details; vereinfacht lässt sich das Funktionsprinzip wie folgt beschreiben: Der Kernreaktor erhitzt das in spezielle Behälter gelangende Gemisch ( verschiedene Varianten, von Ammoniak zu Wasserstoff), gefolgt von der Freisetzung durch Düsen darunter hoher Druck. Allerdings handelte es sich um die Version der Marschflugkörper, über die er sprach Russischer Präsident passt zu keinem der zuvor entwickelten Designbeispiele.Tatsache ist, dass die Rakete laut Putin eine nahezu unbegrenzte Flugreichweite hat. Dies kann natürlich nicht so verstanden werden, dass die Rakete jahrelang fliegen kann, aber es kann als direktes Indiz dafür gewertet werden, dass ihre Flugreichweite um ein Vielfaches größer ist als die Flugreichweite moderner Marschflugkörper. Der zweite Punkt, der nicht außer Acht gelassen werden darf, hängt ebenfalls mit der erklärten unbegrenzten Flugreichweite und dementsprechend mit dem Betrieb des Triebwerks des Marschflugkörpers zusammen. Beispielsweise hatte ein heterogener thermischer Neutronenreaktor, der mit dem von Kurchatov, Keldysh und Korolev entwickelten Triebwerk RD-0410 getestet wurde, eine Testlebensdauer von nur einer Stunde, und in diesem Fall kann es keine unbegrenzte Flugreichweite eines solchen Reaktors geben Nuklearbetriebene Marschflugkörper. Rede.
All dies deutet darauf hin, dass russische Wissenschaftler ein völlig neues, bisher nicht berücksichtigtes Strukturkonzept vorgeschlagen haben, bei dem zum Erhitzen und anschließenden Ausstoß aus der Düse eine Substanz verwendet wird, die über große Entfernungen sehr sparsam verbraucht wird. Als Beispiel könnte es sich dabei um einen nuklearen Luftatmungsmotor (NARE) eines völlig neuen Typs handeln, bei dem die Arbeitsmasse darin liegt atmosphärische Luft, von Kompressoren in Arbeitstanks gepumpt, von einer Kernanlage erhitzt und dann durch Düsen freigesetzt.
Erwähnenswert ist auch, dass die von Wladimir Putin angekündigte Marschflugkörper mit Kernkraftwerk aktive Zonen von Luft- und Raketenabwehrsystemen umfliegen und in niedrigen und extrem niedrigen Höhen den Weg zum Ziel halten kann. Dies ist nur möglich, indem die Rakete mit Geländeverfolgungssystemen ausgestattet wird, die gegen Störungen durch feindliche elektronische Kriegssysteme resistent sind.
Alle paar Jahre einige
Der neue Oberstleutnant entdeckt Pluto.
Danach ruft er das Labor an,
um das zukünftige Schicksal des nuklearen Staustrahltriebwerks herauszufinden.
Das ist heutzutage ein Modethema, aber ein nukleares Staustrahltriebwerk scheint mir viel interessanter zu sein, weil es kein Arbeitsmedium mit sich führen muss.
Ich gehe davon aus, dass es in der Botschaft des Präsidenten um ihn ging, aber aus irgendeinem Grund haben heute alle angefangen, über den YARD zu posten???
Lassen Sie mich hier alles an einem Ort sammeln. Ich sage Ihnen, interessante Gedanken tauchen auf, wenn Sie sich in ein Thema hineinlesen. Und sehr unangenehme Fragen.
Ein Staustrahltriebwerk (Ramjet Engine; der englische Begriff ist Ramjet, von ram – ram) ist ein Strahltriebwerk, das im Design das einfachste in der Klasse der luftatmenden Strahltriebwerke (Staustrahltriebwerke) ist. Es gehört zu den Direktreaktionsstrahltriebwerken, bei denen der Schub allein durch den aus der Düse ausströmenden Strahlstrom erzeugt wird. Der für den Motorbetrieb notwendige Druckanstieg wird durch Abbremsen des entgegenkommenden Luftstroms erreicht. Ein Staustrahltriebwerk ist bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten, insbesondere bei Nullgeschwindigkeit, funktionslos; es ist das eine oder andere Beschleuniger erforderlich, um es auf Betriebsleistung zu bringen.
In der zweiten Hälfte der 1950er Jahre, während der Ära kalter Krieg, in den USA und der UdSSR Staustrahlprojekte mit Kernreaktor.
Foto von: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg
Die Energiequelle dieser Staustrahltriebwerke ist (im Gegensatz zu anderen Staustrahltriebwerken) nicht chemische Reaktion Verbrennung von Brennstoff, sondern die von einem Kernreaktor in der Heizkammer erzeugte Wärme des Arbeitsmediums. Luft aus Eingabegerät In einem solchen Staustrahltriebwerk durchdringt es den Reaktorkern, kühlt ihn ab und erhitzt sich auf Betriebstemperatur(ca. 3000 K) und strömt dann mit einer Geschwindigkeit aus der Düse, die mit den Strömungsgeschwindigkeiten der modernsten chemischen Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerke vergleichbar ist. Mögliche Einsatzzwecke eines Flugzeugs mit einem solchen Motor:
- interkontinentale Trägerrakete einer nuklearen Ladung;
- einstufige Luft- und Raumfahrtflugzeuge.
Beide Länder haben kompakte, ressourcenschonende Kernreaktoren geschaffen, die in die Abmessungen einer großen Rakete passen. In den USA wurden 1964 im Rahmen der Forschungsprogramme für nukleare Staustrahltriebwerke Pluto und Tory Prüfstands-Brandtests des nuklearen Staustrahltriebwerks Tory-IIC durchgeführt (Vollleistungsmodus 513 MW für fünf Minuten mit einem Schub von 156 kN). Es wurden keine Flugtests durchgeführt und das Programm wurde im Juli 1964 eingestellt. Einer der Gründe für den Abschluss des Programms war die Verbesserung des Designs ballistischer Raketen mit chemischen Raketentriebwerken, die die Lösung von Kampfeinsätzen ohne den Einsatz von Systemen mit relativ teuren nuklearen Staustrahltriebwerken vollständig gewährleistete.
Es ist derzeit in russischen Quellen nicht üblich, über den zweiten Punkt zu sprechen ...
Das Pluto-Projekt sollte Flugtaktiken in geringer Höhe nutzen. Diese Taktik gewährleistete die Geheimhaltung vor den Radargeräten des Luftverteidigungssystems der UdSSR.
Um die Geschwindigkeit zu erreichen, mit der ein Staustrahltriebwerk arbeiten würde, musste Pluto mit einem Paket konventioneller Raketenbooster vom Boden aus gestartet werden. Der Start des Kernreaktors begann erst, nachdem Pluto die Reiseflughöhe erreicht hatte und ausreichend aus besiedelten Gebieten entfernt war. Der Nuklearmotor, der eine nahezu unbegrenzte Reichweite bietet, ermöglichte es der Rakete, im Kreis über dem Ozean zu fliegen und auf den Befehl zum Umschalten zu warten Überschallgeschwindigkeit zum Ziel in der UdSSR.
SLAM-Konzeptdesign
Es wurde beschlossen, einen statischen Test eines Reaktors im Originalmaßstab durchzuführen, der für ein Staustrahltriebwerk vorgesehen war.
Da der Pluto-Reaktor nach dem Start extrem radioaktiv wurde, wurde er über eine eigens gebaute, vollautomatische Eisenbahnlinie zum Testgelände geliefert. Entlang dieser Linie bewegte sich der Reaktor über eine Strecke von etwa zwei Meilen, die den statischen Prüfstand und das riesige „Demontage“-Gebäude trennte. Im Gebäude wurde der „heiße“ Reaktor zur Inspektion mit ferngesteuerten Geräten zerlegt. Livermore-Wissenschaftler überwachten den Testprozess mithilfe eines Fernsehsystems, das sich in einem Blechhangar weit entfernt vom Teststand befand. Für alle Fälle war der Hangar mit einem Strahlenschutzraum mit einer zweiwöchigen Versorgung mit Lebensmitteln und Wasser ausgestattet.
Nur um den Beton zu liefern, der für den Bau der Mauern des Abrissgebäudes (die sechs bis acht Fuß dick waren) benötigt wurde, kaufte die Regierung der Vereinigten Staaten eine ganze Mine.
Millionen Pfund Druckluft wurden in 25 Meilen langen Ölförderrohren gespeichert. Mit dieser Druckluft sollten die Bedingungen simuliert werden, unter denen sich ein Staustrahltriebwerk während des Fluges mit Reisegeschwindigkeit befindet.
Um einen hohen Luftdruck im System sicherzustellen, lieh sich das Labor riesige Kompressoren von der U-Boot-Basis in Groton, Connecticut.
Bei dem Test, bei dem das Gerät fünf Minuten lang mit voller Leistung lief, musste eine Tonne Luft durch Stahltanks gepresst werden, die mit mehr als 14 Millionen Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 4 cm gefüllt waren. Diese Tanks wurden mithilfe von Heizelementen auf 730 Grad erhitzt Öl wurde verbrannt.
Auf einem Bahnsteig installiert, ist Tori-2S bereit für erfolgreiche Tests. Mai 1964
Am 14. Mai 1961 hielten Ingenieure und Wissenschaftler im Hangar, von dem aus das Experiment gesteuert wurde, den Atem an, als das weltweit erste nukleare Staustrahltriebwerk, montiert auf einem leuchtend roten Bahnsteig, mit lautem Getöse seine Geburt ankündigte. Tori-2A wurde nur wenige Sekunden lang gestartet und entwickelte in dieser Zeit nicht seine Nennleistung. Der Test galt jedoch als erfolgreich. Das Wichtigste war, dass der Reaktor nicht zündete, was von einigen Vertretern des Ausschusses äußerst befürchtet wurde Kernenergie. Fast unmittelbar nach den Tests begann Merkle mit der Entwicklung eines zweiten Tory-Reaktors, der mehr Leistung bei weniger Gewicht haben sollte.
Die Arbeiten an Tori-2B sind noch nicht über das Reißbrett hinausgekommen. Stattdessen bauten die Livermores sofort den Tory-2C, der drei Jahre nach dem Test des ersten Reaktors die Stille der Wüste brach. Eine Woche später wurde der Reaktor neu gestartet und fünf Minuten lang mit voller Leistung (513 Megawatt) betrieben. Es stellte sich heraus, dass die Radioaktivität der Abgase deutlich geringer war als erwartet. An diesen Tests nahmen auch Generäle der Luftwaffe und Beamte des Atomenergieausschusses teil.
Zu dieser Zeit begannen die Kunden des Pentagons, die das Pluto-Projekt finanzierten, von Zweifeln überwältigt zu werden. Da die Rakete von US-Territorium aus abgefeuert wurde und in geringer Höhe über das Territorium amerikanischer Verbündeter flog, um einer Entdeckung durch sowjetische Luftverteidigungssysteme zu entgehen, fragten sich einige Militärstrategen, ob die Rakete eine Bedrohung für die Verbündeten darstellen würde. Noch bevor die Pluto-Rakete Bomben auf den Feind abwirft, wird sie zunächst Verbündete betäuben, vernichten und sogar verstrahlen. (Es wurde erwartet, dass der über ihm fliegende Pluto am Boden etwa 150 Dezibel Lärm erzeugt. Zum Vergleich: Der Lärmpegel der Rakete, die die Amerikaner zum Mond schickte (Saturn V), betrug bei vollem Schub 200 Dezibel.) Natürlich wären geplatzte Trommelfelle das geringste Ihrer Probleme, wenn ein nackter Reaktor über Ihnen hinwegfliegen würde und Sie wie ein Huhn unter Gamma- und Neutronenstrahlung braten würde.
Tori-2C
Obwohl die Erfinder der Rakete argumentierten, dass Pluto ebenfalls von Natur aus schwer fassbar sei, zeigten sich Militäranalysten verblüfft darüber, wie etwas so Lärmendes, Heißes, Großes und Radioaktives so lange unentdeckt bleiben konnte, bis seine Mission abgeschlossen war. Gleichzeitig hatte die US-Luftwaffe bereits damit begonnen, ballistische Raketen vom Typ Atlas und Titan einzusetzen, die in der Lage waren, Ziele mehrere Stunden vor einem fliegenden Reaktor zu erreichen, sowie das Raketenabwehrsystem der UdSSR, dessen Angst zum Hauptantrieb wurde Die Entstehung von Pluto wurde trotz erfolgreicher Testabfangversuche nie zu einem Hindernis für ballistische Raketen. Kritiker des Projekts erfanden ihre eigene Dekodierung des Akronyms SLAM – slow, low, and messy – langsam, niedrig und schmutzig. Nach dem erfolgreichen Test der Polaris-Rakete begann auch die Marine, das Projekt aufzugeben, nachdem sie zunächst Interesse daran bekundet hatte, die Raketen zum Abschuss von U-Booten oder Schiffen einzusetzen. Und schließlich betrugen die Kosten für jede Rakete 50 Millionen Dollar. Plötzlich wurde Pluto zu einer Technologie ohne Anwendung, zu einer Waffe ohne brauchbare Ziele.
Der letzte Nagel in Plutos Sarg war jedoch nur eine Frage. Es ist so trügerisch einfach, dass man es den Livermoreianern verzeihen kann, wenn sie es absichtlich nicht beachten. „Wo werden Reaktorflugtests durchgeführt? Wie überzeugt man die Leute davon, dass die Rakete während des Fluges nicht die Kontrolle verliert und in geringer Höhe über Los Angeles oder Las Vegas fliegt?“ fragte der Physiker Jim Hadley vom Livermore Laboratory, der bis zum Schluss am Pluto-Projekt arbeitete. Derzeit ist er damit beschäftigt, Atomtests aufzuspüren, die in anderen Ländern für Einheit Z durchgeführt werden. Nach Hadleys eigenen Angaben gab es keine Garantie dafür, dass die Rakete nicht außer Kontrolle geraten und sich in ein fliegendes Tschernobyl verwandeln würde.
Es wurden mehrere Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen. Eine davon wäre ein Pluto-Start in der Nähe von Wake Island, wo die Rakete in Form einer Acht über den US-amerikanischen Teil des Ozeans fliegen würde. „Heiße“ Raketen sollten in einer Tiefe von 7 Kilometern im Ozean versenkt werden. Doch selbst als die Atomenergiekommission die Menschen davon überzeugte, Strahlung sei eine unbegrenzte Energiequelle, reichte der Vorschlag, viele strahlenverseuchte Raketen ins Meer zu werfen, aus, um die Arbeit einzustellen.
Am 1. Juli 1964, sieben Jahre und sechs Monate nach Beginn der Arbeiten, wurde das Pluto-Projekt von der Atomenergiekommission und der Luftwaffe abgeschlossen.
Alle paar Jahre entdeckt ein neuer Oberstleutnant der Luftwaffe Pluto, sagte Hadley. Anschließend ruft er das Labor an, um das weitere Schicksal des nuklearen Staustrahltriebwerks herauszufinden. Die Begeisterung der Oberstleutnants verschwindet sofort, nachdem Hadley über Probleme mit Strahlung und Flugtests spricht. Niemand rief Hadley mehr als einmal an.
Wenn jemand Pluto wieder zum Leben erwecken möchte, kann er möglicherweise in Livermore einige Rekruten finden. Allerdings wird es nicht viele davon geben. Die Vorstellung, was eine verdammt verrückte Waffe werden könnte, sollte man am besten in der Vergangenheit belassen.
Technische Eigenschaften der SLAM-Rakete:
Durchmesser - 1500 mm.
Länge - 20000 mm.
Gewicht - 20 Tonnen.
Die Reichweite ist (theoretisch) unbegrenzt.
Die Geschwindigkeit auf Meereshöhe beträgt Mach 3.
Bewaffnung - 16 thermonukleare Bomben (jede mit einer Sprengkraft von 1 Megatonne).
Der Motor ist ein Kernreaktor (Leistung 600 Megawatt).
Leitsystem - Trägheit + TERCOM.
Die maximale Hauttemperatur beträgt 540 Grad Celsius.
Das Flugzeugzellenmaterial ist Hochtemperatur-Edelstahl Rene 41.
Manteldicke - 4 - 10 mm.
Dennoch ist das nukleare Staustrahltriebwerk vielversprechend Antriebssystem für einstufige Luft- und Raumfahrtflugzeuge und interkontinentale Hochgeschwindigkeits-Schwertransportflugzeuge. Dies wird durch die Möglichkeit erleichtert, ein nukleares Staustrahltriebwerk zu schaffen, das im Raketentriebwerksmodus mit Unterschall- und Nullfluggeschwindigkeit betrieben werden kann und dabei die Treibstoffreserven an Bord nutzt. Das heißt zum Beispiel, dass ein Luft- und Raumfahrtflugzeug mit einem nuklearen Staustrahl startet (einschließlich Starts), die Triebwerke aus den Bordtanks (oder Außenbordtanks) mit Arbeitsflüssigkeit versorgt und, nachdem es bereits Geschwindigkeiten von M = 1 erreicht hat, auf die Verwendung atmosphärischer Luft umschaltet .
Wie der russische Präsident V. V. Putin Anfang 2018 sagte, „gab es einen erfolgreichen Start einer Marschflugkörperrakete mit einem Kernkraftwerk.“ Darüber hinaus sei die Reichweite einer solchen Marschflugkörper seiner Meinung nach „unbegrenzt“.
Ich frage mich, in welcher Region die Tests durchgeführt wurden und warum sie von den zuständigen Überwachungsdiensten dafür kritisiert wurden Atomtests. Oder hängt die Freisetzung von Ruthenium-106 in die Atmosphäre im Herbst irgendwie mit diesen Tests zusammen? Diese. Die Bewohner von Tscheljabinsk wurden nicht nur mit Ruthenium bestreut, sondern auch gebraten?
Können Sie herausfinden, wo diese Rakete einschlug? Einfach ausgedrückt: Wo wurde der Kernreaktor zerstört? Auf welchem Trainingsgelände? Auf Nowaja Semlja?
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Lassen Sie uns nun ein wenig über nukleare Raketentriebwerke lesen, obwohl das eine ganz andere Geschichte ist
Ein Nuklearraketentriebwerk (NRE) ist eine Art Raketentriebwerk, das die Energie der Kernspaltung oder -fusion nutzt, um einen Strahlschub zu erzeugen. Sie können flüssig (Erhitzen eines flüssigen Arbeitsmediums in einer Heizkammer aus einem Kernreaktor und Freisetzen von Gas durch eine Düse) und impulsexplosiv ( nukleare Explosionen geringer Strom im gleichen Zeitintervall).
Ein herkömmlicher Kernantriebsmotor als Ganzes ist eine Struktur, die aus einer Heizkammer mit einem Kernreaktor als Wärmequelle, einem Arbeitsflüssigkeitsversorgungssystem und einer Düse besteht. Das Arbeitsmedium (normalerweise Wasserstoff) wird vom Tank zum Reaktorkern geleitet, wo es durch durch die Kernzerfallsreaktion erhitzte Kanäle geleitet, auf hohe Temperaturen erhitzt und dann durch die Düse ausgestoßen wird, wodurch ein Strahlschub entsteht. Existieren verschiedene Designs NRD: Festphase, Flüssigphase und Gasphase – entsprechend Aggregatzustand Kernbrennstoff im Reaktorkern – Feststoff, Schmelze oder Hochtemperaturgas (oder sogar Plasma). 
Ost. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546
RD-0410 (GRAU-Index – 11B91, auch bekannt als „Irgit“ und „IR-100“) – der erste und einzige sowjetische Atomraketenmotor 1947–78. Es wurde im Designbüro Khimavtomatika in Woronesch entwickelt.
Der RD-0410 verwendete einen heterogenen thermischen Neutronenreaktor. Der Entwurf umfasste 37 Brennelemente, die mit einer Wärmedämmung abgedeckt waren, die sie vom Moderator trennte. ProjektEs war vorgesehen, dass der Wasserstoffstrom zunächst durch den Reflektor und den Moderator strömt, deren Temperatur auf Raumtemperatur hält, und dann in den Kern gelangt, wo er auf 3100 K erhitzt wird. Am Stand werden Reflektor und Moderator durch einen separaten Wasserstoff gekühlt fließen. Der Reaktor durchlief eine umfangreiche Testreihe, wurde jedoch nie über die gesamte Betriebsdauer getestet. Die Komponenten außerhalb des Reaktors waren vollständig erschöpft.
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Und das ist ein amerikanischer Atomraketenmotor. Sein Diagramm war im Titelbild 
Autor: NASA – Tolle Bilder in der NASA-Beschreibung, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378
NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) ist ein gemeinsames Programm der US-amerikanischen Atomenergiekommission und der NASA zur Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks (NRE), das bis 1972 lief.
NERVA zeigte, dass das nukleare Antriebssystem realisierbar und für die Weltraumforschung geeignet war, und Ende 1968 bestätigte die SNPO, dass NERVAs neueste Modifikation, der NRX/XE, die Anforderungen für eine bemannte Mission zum Mars erfüllte. Obwohl NERVA-Motoren maximal gebaut und getestet wurden möglichen Umfang und als bereit für den Einbau in ein Raumschiff galten, wurde der größte Teil des amerikanischen Raumfahrtprogramms von der Nixon-Regierung eingestellt.
NERVA wurde von AEC, SNPO und NASA als äußerst erfolgreiches Programm bewertet, das seine Ziele erreicht oder übertroffen hat. Das Hauptziel Ziel des Programms war es, „eine technische Basis für nukleare Raketentriebwerkssysteme zu schaffen, die bei der Konstruktion und Entwicklung von Antriebssystemen für … verwendet werden Weltraummissionen" Fast alle Raumfahrtprojekte mit Kernantriebsmotoren basieren auf NERVA NRX- oder Pewee-Designs.
Marsmissionen waren für den Untergang von NERVA verantwortlich. Kongressabgeordnete beider politischer Parteien haben entschieden, dass eine bemannte Mission zum Mars eine stillschweigende Verpflichtung der Vereinigten Staaten wäre, den kostspieligen Wettlauf ins All über Jahrzehnte hinweg zu unterstützen. Jedes Jahr verzögerte sich das RIFT-Programm und die Ziele von NERVA wurden komplexer. Denn obwohl das NERVA-Triebwerk viele erfolgreiche Tests und starke Unterstützung durch den Kongress hatte, verließ es die Erde nie.
Im November 2017 veröffentlichte die China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) einen Fahrplan für die Entwicklung des chinesischen Raumfahrtprogramms für den Zeitraum 2017-2045. Es sieht insbesondere die Schaffung eines wiederverwendbaren Schiffs vor, das von einem nuklearen Raketentriebwerk angetrieben wird.
Flüssigkeitsraketentriebwerke haben es Menschen ermöglicht, in den Weltraum zu fliegen – in erdnahe Umlaufbahnen. Aber die Geschwindigkeit des Jetstreams in einem Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk überschreitet nicht 4,5 km/s, und für Flüge zu anderen Planeten sind mehrere zehn Kilometer pro Sekunde erforderlich. Eine mögliche Lösung besteht darin, die Energie von Kernreaktionen zu nutzen.
Die praktische Entwicklung nuklearer Raketentriebwerke (NRE) wurde nur von der UdSSR und den USA durchgeführt. 1955 begannen die Vereinigten Staaten mit der Umsetzung des Rover-Programms zur Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks für Raumschiffe. Drei Jahre später, im Jahr 1958, beteiligte sich die NASA an dem Projekt, das Schiffen mit Kernantriebsmotoren eine konkrete Aufgabe stellte – einen Flug zum Mond und zum Mars. Von diesem Zeitpunkt an erhielt das Programm den Namen NERVA, was für „Nuklearmotor zum Einbau in Raketen“ steht.
Bis Mitte der 70er Jahre war im Rahmen dieses Programms geplant, ein nukleares Raketentriebwerk mit einer Schubkraft von etwa 30 Tonnen zu konstruieren (zum Vergleich: die typische Schubkraft von Flüssigkeitsraketentriebwerken lag damals bei etwa 700 Tonnen), aber mit einer Gasaustrittsgeschwindigkeit von 8,1 km/s. 1973 wurde das Programm jedoch aufgrund einer Verlagerung der US-Interessen hin zum Space Shuttle eingestellt.
In der UdSSR wurde in der zweiten Hälfte der 1950er Jahre mit der Konstruktion der ersten Atommotoren begonnen. Zur gleichen Zeit begannen sowjetische Konstrukteure, anstatt ein Modell in Originalgröße zu erstellen, separate Teile des nuklearen Antriebssystems herzustellen. Und dann wurden diese Entwicklungen im Zusammenspiel mit einem speziell entwickelten gepulsten Graphitreaktor (IGR) getestet.
In den 70er und 80er Jahren des letzten Jahrhunderts erstellten das Salyut Design Bureau, das Khimavtomatiki Design Bureau und die NPO Luch Projekte für Weltraum-Atomantriebsmotoren RD-0411 und RD-0410 mit einer Schubkraft von 40 bzw. 3,6 Tonnen. Während des Designprozesses wurden zu Testzwecken ein Reaktor, ein Kaltmotor und ein Prüfstandprototyp hergestellt.
Im Juli 1961 Sowjetischer Akademiker Andrei Sacharow kündigte das Atomexplosionsprojekt bei einem Treffen führender Nuklearwissenschaftler im Kreml an. Für den Start verfügte der Blaster über herkömmliche Flüssigkeitsraketentriebwerke, im Weltraum sollte er jedoch kleine Nuklearladungen zur Detonation bringen. Die bei der Explosion entstehenden Spaltprodukte übertrugen ihren Impuls auf das Schiff und ließen es fliegen. Am 5. August 1963 wurde jedoch in Moskau ein Testverbotsabkommen unterzeichnet Atomwaffen in der Atmosphäre Weltraum und unter Wasser. Dies war der Grund für die Einstellung des Atomexplosionsprogramms.
Möglicherweise war die Entwicklung nuklearbetriebener Motoren ihrer Zeit voraus. Allerdings waren sie nicht zu verfrüht. Schließlich dauert die Vorbereitung eines bemannten Flugs zu anderen Planeten mehrere Jahrzehnte und die Antriebssysteme dafür müssen im Vorfeld vorbereitet werden.
Design eines Nuklearraketentriebwerks
Ein Nuklearraketentriebwerk (NRE) ist ein Strahltriebwerk, bei dem die bei einem Kernzerfall oder einer Kernfusionsreaktion erzeugte Energie das Arbeitsmedium (meistens Wasserstoff oder Ammoniak) erhitzt.
Abhängig von der Art des Brennstoffs für den Reaktor gibt es drei Arten von Kernantriebsmotoren:
- feste Phase;
- Flüssigphase;
- Gasphase.
Das vollständigste ist feste Phase Motoroption. Die Abbildung zeigt ein Diagramm des einfachsten Kernkraftmotors mit einem Feststoffkernbrennstoffreaktor. Das Arbeitsmedium befindet sich in einem externen Tank. Über eine Pumpe wird es dem Motorraum zugeführt. In der Kammer wird das Arbeitsmedium mittels Düsen versprüht und kommt mit dem brennstofferzeugenden Kernbrennstoff in Kontakt. Beim Erhitzen dehnt es sich aus und fliegt mit großer Geschwindigkeit durch die Düse aus der Kammer.
Flüssigphase— Kernbrennstoff im Reaktorkern eines solchen Motors liegt in flüssiger Form vor. Die Traktionsparameter solcher Motoren sind aufgrund der höheren Temperatur des Reaktors höher als die von Festphasenmotoren.
IN Gasphase NRE-Brennstoff (z. B. Uran) und das Arbeitsmedium befinden sich in einem gasförmigen Zustand (in Form von Plasma) und werden durch ein elektromagnetisches Feld im Arbeitsbereich gehalten. Auf Zehntausende Grad erhitztes Uranplasma überträgt Wärme auf das Arbeitsmedium (z. B. Wasserstoff), das wiederum, wenn es auf hohe Temperaturen erhitzt wird, einen Strahlstrom bildet.
Anhand der Art der Kernreaktion unterscheidet man zwischen einem Radioisotop-Raketentriebwerk, einem thermonuklearen Raketentriebwerk und einem Kerntriebwerk selbst (die Energie der Kernspaltung wird genutzt).
Eine interessante Option ist auch ein gepulster Nuklearraketenmotor – es wird vorgeschlagen, eine Nuklearladung als Energiequelle (Brennstoff) zu verwenden. Solche Installationen können interner und externer Art sein.
Die Hauptvorteile nuklearbetriebener Motoren sind:
- hoher spezifischer Impuls;
- erhebliche Energiereserven;
- Kompaktheit des Antriebssystems;
- die Möglichkeit, einen sehr hohen Schub zu erzielen – Dutzende, Hunderte und Tausende Tonnen im Vakuum.
Der Hauptnachteil ist die hohe Strahlengefahr des Antriebssystems:
- Flüsse durchdringender Strahlung (Gammastrahlung, Neutronen) bei Kernreaktionen;
- Entfernung hochradioaktiver Verbindungen von Uran und seinen Legierungen;
- Austritt radioaktiver Gase mit dem Arbeitsmedium.
Deshalb starten Atommotor Aufgrund der Gefahr einer radioaktiven Kontamination sind Starts von der Erdoberfläche aus nicht zulässig.