Russland baute den ersten nuklearen Raumfahrtmotor der Welt. Technische Details: Nuklearbetriebene Rakete
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Bereits am Ende dieses Jahrzehnts könnte in Russland ein nuklearbetriebenes Raumschiff für interplanetare Reisen entstehen. Und dies wird die Situation sowohl im erdnahen Raum als auch auf der Erde selbst dramatisch verändern.
Das Kernkraftwerk (KKW) wird bereits 2018 flugbereit sein. Dies gab der Direktor des Keldysh Center, Akademiker, bekannt Anatoly Koroteev. „Wir müssen das erste Muster (eines Kernkraftwerks der Megawatt-Klasse – ca. „Expert Online“) für Flugdesigntests im Jahr 2018 vorbereiten. Ob sie fliegen wird oder nicht, ist eine andere Sache, es kann eine Warteschlange geben, aber sie muss flugbereit sein“, berichtete RIA Novosti. Damit tritt eines der ehrgeizigsten sowjetisch-russischen Projekte im Bereich der Weltraumforschung in die Phase der unmittelbaren praktischen Umsetzung ein.
Das ist der Kern dieses Projekts, dessen Wurzeln bis in die Mitte des letzten Jahrhunderts zurückreichen. Heutzutage werden Flüge in den erdnahen Weltraum mit Raketen durchgeführt, die sich durch die Verbrennung von flüssigem oder festem Brennstoff in ihren Triebwerken bewegen. Tatsächlich handelt es sich hierbei um den gleichen Motor wie im Auto. Nur in einem Auto drückt brennendes Benzin die Kolben in den Zylindern und überträgt über sie seine Energie auf die Räder. Und in einem Raketentriebwerk treibt brennendes Kerosin oder Heptyl die Rakete direkt vorwärts.
Im letzten halben Jahrhundert wurde diese Raketentechnologie auf der ganzen Welt bis ins kleinste Detail ausgearbeitet. Aber die Raketenwissenschaftler selbst geben das zu. Verbesserung – ja, sie ist notwendig. Der Versuch, die Tragfähigkeit von Raketen von derzeit 23 Tonnen auf 100 und sogar 150 Tonnen zu erhöhen, basierend auf „verbesserten“ Verbrennungsmotoren – ja, das müssen Sie versuchen. Aber das ist eine Sackgasse im Sinne der Evolution. " Egal wie viel Raketentriebwerksspezialisten auf der ganzen Welt arbeiten, der maximale Effekt, den wir erzielen, wird in Bruchteilen eines Prozents berechnet. Grob gesagt wurde aus den vorhandenen Raketentriebwerken alles herausgequetscht, sei es flüssiger oder fester Treibstoff, und Versuche, den Schub und den spezifischen Impuls zu erhöhen, sind einfach vergeblich. Kernkraftwerke hingegen bringen eine Steigerung um ein Vielfaches. Am Beispiel eines Fluges zum Mars: Jetzt muss man eineinhalb bis zwei Jahre hin und zurück fliegen, aber in zwei bis vier Monaten ist ein Flug möglich ", - der ehemalige Chef der Föderalen Raumfahrtbehörde Russlands hat die Situation einmal beurteilt Anatoli Perminow.
Daher im Jahr 2010 der damalige Präsident Russlands und jetzt der Premierminister Dmitri Medwedew Bis zum Ende dieses Jahrzehnts wurde der Auftrag erteilt, in unserem Land ein Raumtransport- und Energiemodul auf Basis eines Kernkraftwerks der Megawattklasse zu schaffen. Es ist geplant, bis 2018 17 Milliarden Rubel aus dem Bundeshaushalt, Roskosmos und Rosatom für die Entwicklung dieses Projekts bereitzustellen. 7,2 Milliarden dieses Betrags wurden der staatlichen Atomenergiegesellschaft Rosatom für die Errichtung einer Reaktoranlage zugewiesen (dies wird vom Dollezhal Research and Design Institute of Power Engineering durchgeführt), 4 Milliarden - dem Keldysh Center für die Errichtung eines Kernkraftwerks. 5,8 Milliarden Rubel werden RSC Energia für die Schaffung eines Transport- und Energiemoduls, also eines Raketenschiffs, zugewiesen.
Natürlich geschieht diese ganze Arbeit nicht im luftleeren Raum. Allein die UdSSR schickte von 1970 bis 1988 mehr als drei Dutzend mit Atomkraftwerken ausgestattete Spionagesatelliten ins All. geringer Strom Typ „Buche“ und „Topas“. Sie wurden verwendet, um ein Allwettersystem zur Überwachung von Oberflächenzielen in den Ozeanen und zur Ausgabe von Zielbezeichnungen mit Übertragung an Waffenträger oder Kommandoposten zu schaffen – das Legenda Marine Space Reconnaissance and Target Designation System (1978).
Die NASA und die amerikanischen Unternehmen, die Raumfahrzeuge und ihre Lieferfahrzeuge herstellen, konnten in dieser Zeit trotz dreimaliger Versuche keinen Kernreaktor bauen, der im Weltraum stabil funktionieren würde. Daher wurde 1988 durch die UN ein Verbot des Einsatzes von Raumfahrzeugen mit Kernkraftantriebssystemen erlassen und die Produktion von Satelliten des Typs US-A mit Kernkraftwerken an Bord in der Sowjetunion eingestellt.
Parallel dazu arbeitete das Keldysh-Zentrum in den 60er und 70er Jahren des letzten Jahrhunderts aktiv an der Entwicklung eines Ionenmotors (Elektroplasmamotors), der sich am besten für die Schaffung eines mit Kernbrennstoff betriebenen Hochleistungsantriebssystems eignet. Der Reaktor erzeugt Wärme, die vom Generator in Strom umgewandelt wird. Mit Hilfe von Elektrizität wird das Xenon-Inertgas in einem solchen Motor zunächst ionisiert, dann werden positiv geladene Teilchen (positive Xenon-Ionen) in einem elektrostatischen Feld auf eine vorgegebene Geschwindigkeit beschleunigt, erzeugen Schub und verlassen den Motor. Dies ist das Funktionsprinzip des Ionenmotors, dessen Prototyp bereits im Keldysh Center erstellt wurde.
« In den 1990er Jahren nahmen wir am Keldysh Center die Arbeit an Ionenmotoren wieder auf. Nun soll für ein solch kraftvolles Projekt eine neue Kooperation geschaffen werden. Es gibt bereits einen Prototyp eines Ionenmotors, an dem die wichtigsten technologischen und technischen Grundlagen erarbeitet werden können Konstruktive Entscheidungen. Und es müssen noch reguläre Produkte erstellt werden. Wir haben eine Frist – bis 2018 soll das Produkt für Flugtests bereit sein und bis 2015 soll die Hauptentwicklung des Triebwerks abgeschlossen sein. Als nächstes folgen Lebenstests und Tests der gesamten Einheit“, - bemerkte letztes Jahr der Leiter der Abteilung für Elektrophysik des nach M.V. benannten Forschungszentrums. Keldysha, Professorin, Fakultät für Aerophysik und Weltraumforschung, Moskauer Institut für Physik und Technologie Oleg Gorschkow.
Welchen praktischen Nutzen hat Russland aus diesen Entwicklungen? Dieser Vorteil übersteigt bei weitem die 17 Milliarden Rubel, die der Staat bis 2018 für den Bau einer Trägerrakete mit einem Kernkraftwerk an Bord und einer Leistung von 1 MW ausgeben will. Erstens ist es eine starke Erweiterung der Möglichkeiten unseres Landes und der Menschheit im Allgemeinen. Ein Raumschiff mit Atomantrieb bietet Menschen echte Möglichkeiten, sich auf anderen Planeten zu engagieren. Mittlerweile gibt es in vielen Ländern solche Schiffe. Sie wurden 2003 in den Vereinigten Staaten wieder aufgenommen, nachdem die Amerikaner zwei Proben russischer Satelliten mit Kernkraftwerken erhalten hatten.
Trotzdem ist er Mitglied der NASA-Sonderkommission für bemannte Flüge Edward Crowley, Beispielsweise glaubt er, dass ein Schiff für einen internationalen Flug zum Mars über russische Atomantriebe verfügen sollte. " Russische Erfahrung in der Entwicklung von Nuklearmotoren ist gefragt. Ich denke, Russland verfügt über viel Erfahrung sowohl in der Entwicklung von Raketentriebwerken als auch in der Nukleartechnologie. Sie verfügt auch über umfangreiche Erfahrung in der Anpassung des Menschen an die Weltraumbedingungen, da russische Kosmonauten sehr lange Flüge unternahmen. „, sagte Crowley im vergangenen Frühjahr Reportern nach einem Vortrag an der Moskauer Staatsuniversität über amerikanische Pläne zur bemannten Weltraumforschung.
Zweitens Solche Schiffe ermöglichen es, die Aktivität im erdnahen Raum stark zu intensivieren und zu geben echte Chance der Beginn der Besiedlung des Mondes (es gibt bereits Projekte zum Bau von Kernkraftwerken auf dem Erdtrabanten). " Der Einsatz nuklearer Antriebssysteme wird für große bemannte Systeme in Betracht gezogen und nicht für kleine Raumfahrzeuge, die auf anderen Arten von Anlagen fliegen können, die Ionenantrieb oder Solarwindenergie nutzen. Es ist möglich, Kernkraftwerke mit Ionenmotoren auf einem interorbitalen Mehrwegschlepper einzusetzen. Zum Beispiel, um Fracht zwischen niedrigen und hohen Umlaufbahnen zu befördern oder zu Asteroiden zu fliegen. Sie können einen wiederverwendbaren Mondschlepper bauen oder eine Expedition zum Mars schicken", - sagt Professor Oleg Gorshkov. Solche Schiffe verändern die Wirtschaftlichkeit der Weltraumforschung dramatisch. Nach Berechnungen der Spezialisten von RSC Energia reduziert eine Trägerrakete mit Atomantrieb die Kosten für den Start einer Nutzlast in eine Umlaufbahn um mehr als das Doppelte im Vergleich zu Raketentriebwerken mit flüssigem Treibstoff.
Drittens Dabei handelt es sich um neue Materialien und Technologien, die bei der Umsetzung dieses Projekts entstehen und dann in andere Branchen eingeführt werden – Metallurgie, Maschinenbau usw. Das heißt, dies ist eines dieser bahnbrechenden Projekte, das sowohl die russische als auch die Weltwirtschaft wirklich voranbringen kann.
Sowjetische und amerikanische Wissenschaftler entwickeln seit Mitte des 20. Jahrhunderts nukleare Raketentriebwerke. Über Prototypen und Einzeltests sind diese Entwicklungen noch nicht hinausgekommen, doch nun entsteht in Russland der einzige Raketenantrieb, der Kernenergie nutzt. „Reactor“ untersuchte die Geschichte der Versuche, nukleare Raketentriebwerke einzuführen.
Als die Menschheit gerade begann, den Weltraum zu erobern, standen Wissenschaftler vor der Aufgabe, Raumschiffe mit Energie zu versorgen. Forscher machten auf die Möglichkeit der Nutzung von Kernenergie im Weltraum aufmerksam und entwickelten das Konzept eines nuklearen Raketentriebwerks. Ein solcher Motor sollte die Energie der Kernspaltung oder -fusion nutzen, um einen Strahlschub zu erzeugen.
In der UdSSR wurde bereits 1947 mit der Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks begonnen. 1953 stellten sowjetische Experten fest, dass „die Nutzung der Atomenergie praktisch unbegrenzte Reichweiten ermöglichen und das Fluggewicht von Raketen drastisch reduzieren wird“ (Zitat aus der Veröffentlichung „Nuclear Rocket Engines“, herausgegeben von A.S. Koroteev, M, 2001). Damals waren nuklearbetriebene Antriebssysteme vor allem für die Ausrüstung ballistischer Raketen gedacht, daher war das Interesse der Regierung an den Entwicklungen groß. US-Präsident John F. Kennedy ernannte 1961 das nationale Atomraketenprogramm (Project Rover) zu einem von vier Programmen Schwerpunktbereiche bei der Eroberung des Weltraums.
KIWI-Reaktor, 1959 Foto: NASA.
In den späten 1950er Jahren entwickelten amerikanische Wissenschaftler die KIWI-Reaktoren. Sie wurden viele Male getestet, die Entwickler haben zahlreiche Modifikationen vorgenommen. Bei den Tests kam es häufig zu Ausfällen, beispielsweise weil der Kern des Motors zerstört und ein großes Wasserstoffleck entdeckt wurde.
Anfang der 1960er Jahre schufen sowohl die USA als auch die UdSSR die Voraussetzungen für die Umsetzung von Plänen zur Herstellung nuklearer Raketentriebwerke, doch jedes Land ging seinen eigenen Weg. Die Vereinigten Staaten entwickelten viele Entwürfe von Festphasenreaktoren für solche Motoren und testeten sie auf offenen Prüfständen. Die UdSSR testete die Brennelemente und andere Motorelemente und bereitete die Produktions-, Test- und Personalbasis auf eine umfassendere „Offensive“ vor.
Schema YARD NERVA. Abbildung: NASA.
In den Vereinigten Staaten erklärte Präsident Kennedy bereits 1962: „ Atomrakete wird bei den ersten Flügen zum Mond nicht zum Einsatz kommen“, daher lohnt es sich, die für die Weltraumforschung bereitgestellten Mittel für andere Entwicklungen zu verwenden. An der Wende der 1960er und 1970er Jahre wurden im Rahmen des NERVA-Programms zwei weitere Reaktoren getestet (PEWEE 1968 und NF-1 1972). Die Finanzierung konzentrierte sich jedoch auf das Mondprogramm, sodass das US-Atomantriebsprogramm zurückging und 1972 endete.
NASA-Film über das Atomstrahltriebwerk NERVA.
In der Sowjetunion wurde die Entwicklung nuklearer Raketentriebwerke bis in die 1970er Jahre fortgesetzt und von der mittlerweile berühmten Triade einheimischer akademischer Wissenschaftler angeführt: Mstislav Keldysh, Igor Kurchatov und. Sie beurteilten die Möglichkeiten der Entwicklung und des Einsatzes von Raketen mit Atomantrieb eher optimistisch. Es schien, dass die UdSSR im Begriff war, eine solche Rakete abzufeuern. Am Teststandort Semipalatinsk wurden Brandtests durchgeführt – 1978 wurde der erste Reaktor des nuklearen Raketentriebwerks 11B91 (oder RD-0410) gestartet, dann zwei weitere Testreihen – das zweite und dritte 11B91-IR-100-Gerät. Dies waren die ersten und letzten sowjetischen Atomraketentriebwerke.
M.V. Keldysh und S.P. Korolev besucht I.V. Kurtschatow, 1959
© Oksana Viktorova/Collage/Ridus
Die Aussage von Wladimir Putin während seiner Rede vor der Bundesversammlung über die Präsenz einer nuklearbetriebenen Marschflugkörper in Russland löste großes Aufsehen in der Gesellschaft und den Medien aus. Gleichzeitig war sowohl für die breite Öffentlichkeit als auch für Fachleute wenig darüber bekannt, was ein solcher Motor ist und welche Einsatzmöglichkeiten er bietet.
Reedus versuchte herauszufinden, von was für einem technischen Gerät der Präsident sprechen könnte und was es einzigartig macht.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Präsentation in der Manege nicht für ein Publikum von technischen Fachleuten, sondern für die „breite“ Öffentlichkeit gedacht war, könnten ihre Autoren eine gewisse Substitution von Konzepten zulassen, schließt der stellvertretende Direktor des Instituts nicht aus Kernphysik und Technologie National Research Nuclear University MEPhI Georgy Tikhomirov.
„Was der Präsident gesagt und gezeigt hat, nennen Experten Kompaktkraftwerke, mit denen zunächst in der Luftfahrt und dann bei der Erforschung des Weltraums experimentiert wurde. Dabei handelte es sich um Versuche, das unlösbare Problem der ausreichenden Treibstoffmenge für Flüge über unbegrenzte Distanzen zu lösen. In diesem Sinne ist die Darstellung absolut richtig: Das Vorhandensein eines solchen Triebwerks versorgt die Systeme einer Rakete oder eines anderen Geräts beliebig lange mit Energie“, sagte er zu Reedus.
Die Arbeit mit einem solchen Motor in der UdSSR begann vor genau 60 Jahren unter der Leitung der Akademiker M. Keldysh, I. Kurchatov und S. Korolev. In den gleichen Jahren wurden ähnliche Arbeiten in den Vereinigten Staaten durchgeführt, die jedoch 1965 eingeschränkt wurden. In der UdSSR dauerte die Arbeit etwa ein Jahrzehnt, bevor sie ebenfalls als irrelevant anerkannt wurden. Vielleicht zuckte Washington deshalb nicht allzu sehr zusammen und sagte, dass die Präsentation der russischen Rakete sie nicht überrascht habe.
In Russland ist die Idee eines Atommotors nie ausgestorben – insbesondere wird seit 2009 an der praktischen Entwicklung einer solchen Anlage gearbeitet. Dem Zeitplan nach zu urteilen, passen die vom Präsidenten angekündigten Tests genau in dieses gemeinsame Projekt von Roscosmos und Rosatom, da die Entwickler für 2018 Feldtests des Motors planten. Möglicherweise im Zusammenhang mit politische Gründe Sie haben sich ein wenig hochgezogen und die Fristen „nach links“ verschoben.
„Technisch ist es so aufgebaut, dass das Kernkraftwerk das Gaskühlmittel erhitzt. Und dieses erhitzte Gas dreht entweder die Turbine oder erzeugt direkt Strahlschub. Eine gewisse List bei der Präsentation der Rakete, die wir gehört haben, besteht darin, dass die Reichweite ihres Fluges immer noch nicht unendlich ist: Sie wird durch das Volumen des Arbeitsmediums begrenzt – Flüssiggas, das physisch in die Raketentanks gepumpt werden kann“, sagt der Spezialist.
Gleichzeitig verfügen eine Weltraumrakete und eine Marschflugkörper über grundsätzlich unterschiedliche Flugsteuerungsschemata, da sie unterschiedliche Aufgaben haben. Der erste fliegt im luftleeren Raum, er muss nicht manövriert werden – es reicht aus, ihm einen Anfangsimpuls zu geben, und dann bewegt er sich entlang der berechneten ballistischen Flugbahn.
Eine Marschflugkörper hingegen muss ihre Flugbahn ständig ändern und muss dazu über genügend Treibstoff verfügen, um Impulse zu erzeugen. Ob dieser Brennstoff von einem Kernkraftwerk oder einem herkömmlichen Kraftwerk gezündet wird, spielt in diesem Fall keine Rolle. Nur die Versorgung mit diesem Treibstoff sei wichtig, betont Tichomirow.
„Die Bedeutung einer nuklearen Anlage bei Flügen in den Weltraum ist das Vorhandensein einer Energiequelle an Bord, die die Systeme der Anlage für unbegrenzte Zeit mit Strom versorgt. In diesem Fall kann es nicht nur einen Kernreaktor, sondern auch thermoelektrische Radioisotopengeneratoren geben. Und der Sinn einer solchen Installation auf einer Rakete, deren Flug nicht länger als ein paar zehn Minuten dauern wird, ist mir noch nicht ganz klar“, gibt der Physiker zu.
Der Bericht in der Manege kam nur ein paar Wochen zu spät im Vergleich zur Ankündigung der NASA vom 15. Februar, dass die Amerikaner die vor einem halben Jahrhundert aufgegebene Forschung zu nuklearen Raketenantrieben wieder aufnehmen würden.
Übrigens hat die China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) bereits im November 2017 angekündigt, dass noch vor 2045 in China ein Raumschiff mit Atomantrieb gebaut werden soll. Daher können wir heute mit Sicherheit sagen, dass der weltweite Wettlauf um Atomantriebe begonnen hat.
AtommotorenEnde der 1940er Jahre wurde im Zuge der Euphorie über die Aussichten auf die Nutzung der Kernenergie sowohl in den USA als auch in der UdSSR daran gearbeitet, alles, was sich bewegen konnte, mit Atommotoren zu versehen. Die Idee, ein solches „Perpetuum Mobile“ zu schaffen, war für das Militär besonders attraktiv. Kernkraftwerke (KKW) werden hauptsächlich in verwendet Marine da Schiffskraftwerke nicht so strengen Gesamt- und Gewichtsanforderungen unterlagen wie beispielsweise in der Luftfahrt. Dennoch konnte die Luftwaffe nicht an der Möglichkeit einer unbegrenzten Vergrößerung des Aktionsradius der strategischen Luftfahrt vorbeigehen. Im Mai 1946 Das US Air Force Command hat das Projekt „Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft“ (abgekürzt NEPA) zur Entwicklung von Nuklearmotoren zur Ausrüstung strategischer Bomber genehmigt. Die Arbeiten an seiner Umsetzung begannen im Oak Ridge National Laboratory. Im Jahr 1951 es wurde durch das gemeinsame Programm der Luftwaffe und der Atomic Energy Commission (AEC) „Aircraft Nuclear Propulsion“ (ANP, „Aircraft Nuclear Propulsion“) ersetzt. Das Unternehmen General Electric entwickelte einen Turbojet (TRD), der sich vom „normalen“ nur dadurch unterschied, dass es anstelle einer herkömmlichen Brennkammer einen Kernreaktor gab, der die vom Kompressor komprimierte Luft erhitzte. Gleichzeitig wurde die Luft radioaktiv – ein offener Kreislauf. In jenen Jahren wurde dies einfacher gehandhabt, aber um ihren Flugplatz nicht zu verschmutzen, sollten die Flugzeuge für Start und Landung mit herkömmlichen Kerosinmotoren ausgestattet werden. Das erste US-Atomflugzeugprojekt basierte auf dem strategischen Überschallbomber B-58. Vom Entwickler (Convair) erhielt er die Bezeichnung X-6. Unter dem Deltaflügel befanden sich vier atomare Turbojet-Triebwerke, außerdem sollten zwei weitere „normale“ Turbojet-Triebwerke bei Start und Landung arbeiten. Mitte der 1950er Jahre wurde ein Prototyp eines kleinen luftgekühlten Kernreaktors mit einer Leistung von 1 MW hergestellt. Für seine Flug- und Besatzungsschutztests wurde ein B-36H-Bomber eingesetzt. Die Besatzung des fliegenden Labors befand sich in einer Schutzkapsel, der Reaktor selbst, der sich im Bombenschacht befand, verfügte jedoch über keinen biologischen Schutz. Das fliegende Labor erhielt den Namen NB-36H. Ab Juli 1955 bis März 1957 Sie unternahm 47 Flüge über die Wüstenregionen von Texas und New Mexico, bei denen der Reaktor ein- und ausgeschaltet wurde. An nächster Schritt Es entstanden ein neuer Atomreaktor HTRE (sein neuestes Modell hatte eine Leistung von 35 MW, was ausreichte, um zwei Motoren zu betreiben) und ein experimenteller X-39-Motor, der gemeinsame Tests auf dem Boden erfolgreich bestanden hat. Zu diesem Zeitpunkt erkannten die Amerikaner jedoch, dass ein offener Kreislauf nicht geeignet war, und begannen mit der Entwicklung eines Kraftwerks mit Lufterwärmung in einem Wärmetauscher. Die neue Convair NX-2-Maschine hatte ein „Enten“-Schema (horizontales Heck befand sich vor dem Flügel). Der Kernreaktor sollte im Mittelteil untergebracht werden, die Triebwerke im Heck, die Lufteinlässe unter der Tragfläche. Das Flugzeug sollte 2 bis 6 Hilfsturbojets verwenden. Aber im März 1961 Das ANP-Programm wurde geschlossen. 1954-1955. Eine Gruppe von Wissenschaftlern des Los Alamos Laboratory erstellte einen Bericht über die Möglichkeit der Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks (NRE). Die US-amerikanische AEC hat beschlossen, mit der Arbeit an ihrer Gründung zu beginnen. Das Programm erhielt den Namen „Rover“. Die Arbeiten wurden parallel im Los Alamos Scientific Laboratory und im Radiation Laboratory in Livermore an der University of California durchgeführt. Seit 1956 waren alle Bemühungen des Strahlungslabors auf die Entwicklung eines nuklearen Staustrahltriebwerks (YAPJE) im Rahmen des PLUTO-Projekts gerichtet (in Los Alamos wurde mit der Entwicklung des NJE begonnen).
Der YaPVRD sollte auf der entwickelten Überschall-Low-Altitude-Rakete (Supersonic Low-Altitude Missile – SLAM) installiert werden. Die Rakete (jetzt würde man sie Marschflugkörper nennen) war im Wesentlichen ein unbemannter Bomber mit vertikalem Start (mit Hilfe von vier Feststoffboostern). Das Staustrahltriebwerk wurde eingeschaltet, wenn bereits in ausreichender Entfernung vom eigenen Territorium eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht war. Die durch den Lufteinlass eintretende Luft wurde erwärmt Kernreaktor und erzeugte beim Fließen durch die Düse Schub. Der Flug zum Ziel und der Abwurf von Sprengköpfen zum Zwecke der Geheimhaltung mussten in extrem geringer Höhe mit einer Geschwindigkeit von der dreifachen Schallgeschwindigkeit durchgeführt werden. Der Kernreaktor hatte eine thermische Leistung von 500 MW, die Betriebstemperatur des Kerns betrug mehr als 1600 Grad C. Zum Testen des Motors wurde ein spezielles Testgelände errichtet. |  |
Die Sowjetunion brauchte ein Atomflugzeug viel mehr als die Vereinigten Staaten, da sie keine Militärstützpunkte in der Nähe der US-Grenzen hatte und nur von ihrem eigenen Territorium aus operieren konnte und die strategischen Bomber M-4 und Tu-95, die Mitte der 1950er Jahre auftauchten, nicht das gesamte Territorium der Vereinigten Staaten „abdecken“ konnten. Die Arbeiten zur Untersuchung der Probleme beim Bau von Kernkraftwerken für Schiffe, U-Boote und Flugzeuge begannen bereits 1947. Der Beschluss des Ministerrats über den Beginn der Arbeiten an Flugzeugen mit Atommotor wird jedoch erst am 12. August 1955 erlassen. (Zu diesem Zeitpunkt war das erste sowjetische Atom-U-Boot bereits im Bau). OKB-156 Tupolev und OKB-23 Myasishchev beschäftigten sich mit der Konstruktion von Flugzeugen mit Kernkraftwerken, und OKB-276 Kuznetsov und OKB-165 Lyulka entwickelten solche Kraftwerke selbst. Im März 1956 Es wurde ein Regierungserlass über die Einrichtung eines Fluglabors auf Basis des strategischen Bombers Tu-95 erlassen (zur Untersuchung der Auswirkungen der Strahlung auf die Konstruktion eines Flugzeugs und seiner Ausrüstung sowie Fragen der Strahlensicherheit). Im Jahr 1958 Ein experimenteller „Flugzeug“-Kernreaktor wurde an das Testgelände in Semipalatinsk geliefert. Mitte 1959 Der Reaktor wurde in einem Serienflugzeug mit der Bezeichnung Tu-95LAL (Flying Atomic Laboratory) installiert. Der Reaktor wird verwendet 
Es wurde nur als Strahlungsquelle bezeichnet und mit Wasser gekühlt. Der Kühler des Kühlsystems, der sich an der Unterseite des Rumpfes befand, wurde vom entgegenkommenden Luftstrom angeblasen. Mai-August 1961. Tu-95LAL führte 34 Flüge über das Gebiet des Testgeländes durch. Der nächste Schritt bestand in der Entwicklung einer experimentellen Tu-119 auf Basis der Tu-95. Auf zwei (von 
Vier seiner NK-12M-Triebwerke (Kuznetsov Design Bureau) waren zusätzlich zu den Brennkammern mit Wärmetauschern ausgestattet, die durch ein flüssiges Metallkühlmittel erhitzt wurden, das Wärme aus einem Kernreaktor im Frachtraum aufnahm. Die Motoren erhielten die Bezeichnung NK-14A. Zukünftig sollte durch den Einbau von 4 NK-14A-Triebwerken in das Flugzeug und die Vergrößerung des Rumpfdurchmessers ein U-Boot-Abwehrflugzeug mit praktisch unbegrenzter Flugdauer geschaffen werden. Allerdings ging die Konstruktion der NK-14A-Triebwerke bzw. ihres nuklearen Teils aufgrund der vielen Probleme, die in diesem Fall auftraten, nur langsam voran. Infolgedessen wurden Pläne zur Schaffung der Tu-119 nie umgesetzt. Darüber hinaus bot OKB-156 mehrere Varianten von Überschallbombern. Langstreckenbomber Tu-120 mit einem Abfluggewicht von 85 Tonnen. 30,7 m lang. Flügelspannweite 24,4 m. Und 
Die Höchstgeschwindigkeit beträgt etwa 1400 km/h. Ein weiteres Projekt war ein Tiefflugkampfflugzeug mit einem Abfluggewicht von 102 Tonnen. 37m lang. Flügelspannweite 19m. und eine Höchstgeschwindigkeit von 1400 km/h. Das Flugzeug hatte einen niedrigen Deltaflügel. Seine beiden Motoren befanden sich in einem Paket im hinteren Teil des Rumpfes. Bei Start und Landung wurden die Triebwerke mit Kerosin betrieben. Der strategische Überschallbomber sollte ein Startgewicht von 153 Tonnen haben. Länge 40,5m. und eine Flügelspannweite von 30,6 m. Von den sechs Turbostrahltriebwerken (KB Kuznetsov) waren zwei im Heck mit Wärmetauschern ausgestattet und konnten von einem Kernreaktor aus betrieben werden. Vier herkömmliche Turbostrahltriebwerke wurden auf Pylonen unter dem Flügel platziert. Äußerlich ähnelte dieses Flugzeug dem amerikanischen Überschall-Mittelbomber B-58. Das Myasishchev Design Bureau erwog auch die Möglichkeit, ein „nukleares“ Flugzeug auf der Grundlage des bereits vorhandenen ZM-Bombers zu schaffen, indem herkömmliche Turbostrahltriebwerke durch nukleare Triebwerke mit Wärmetauschern ersetzt wurden (der Reaktor befand sich im Bombenschacht). Es wurde auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, einen Überschallbomber M-60 zu bauen. Mehrere 
Aufstellungsmöglichkeiten mit verschiedene Arten Motoren (Startgewicht 225–250 t, Nutzlast – 25 t, Geschwindigkeit – bis zu 3000 km/h, Länge 51–59 m, Flügelspannweite – 27–31 m). Zum Schutz vor Strahlung wurden die Piloten in einer speziellen versiegelten Kapsel untergebracht und die Triebwerke im hinteren Rumpf untergebracht. Die Sichtkontrolle aus der Kapsel war ausgeschlossen und der Autopilot musste das Flugzeug zum Ziel führen. Zur manuellen Steuerung sollten Fernseh- und Radarbildschirme eingesetzt werden. Die Entwickler schlugen zunächst vor, das Flugzeug unbemannt zu machen. Aus Gründen der Zuverlässigkeit bestand das Militär jedoch auf einer bemannten Version. Eine Option war ein Wasserflugzeug. Der Vorteil bestand darin, dass die gedämpften Reaktoren ins Wasser abgesenkt werden konnten, um die Hintergrundstrahlung zu reduzieren. Mit der Entwicklung der Raketenwissenschaft und dem Aufkommen zuverlässiger Interkontinentalraketen und Atom-U-Boote schwand das militärische Interesse an Atombombern und die Arbeit wurde eingeschränkt. Aber im Jahr 1965 Sie kamen wieder auf die Idee zurück, ein nukleares U-Boot-Abwehrflugzeug zu entwickeln. Diesmal wurde der Schwertransporter An-22 Antey zum Prototyp, der über die gleichen Motoren wie der Tu-95 verfügte. Die Entwicklung des NK-14A war zu diesem Zeitpunkt bereits weit fortgeschritten. Start und Landung sollten mit Kerosin (Motorleistung 4 x 13000 PS) und der Reiseflug mit Kernenergie (4 x 8900 PS) erfolgen. Die Dauer des Fluges wurde nur durch den „menschlichen Faktor“ begrenzt; um die Dosis, die die Besatzung erhielt, zu begrenzen, wurde sie auf 50 Stunden festgelegt. Die Flugreichweite würde in diesem Fall 27500 km betragen. Im Jahr 1972 An-22 mit einem Kernreaktor an Bord führte darin 23 Flüge durch, zunächst wurde der Strahlenschutz überprüft. Umweltprobleme im Falle eines Flugzeugunfalls wurden jedoch nie gelöst, möglicherweise war dies der Grund dafür, dass das Projekt nicht umgesetzt wurde. In den 80er Jahren entstand das Interesse an einem Atomflugzeug als Träger ballistischer Raketen. Da er fast ständig in der Luft war, wäre er gegenüber einem überraschenden Atomraketenangriff des Feindes unverwundbar. Im Falle eines Flugzeugunfalls könnte der Kernreaktor abgetrennt und per Fallschirm abgesenkt werden. Doch der Beginn der Entspannung, der „Perestroika“ und dann der Zusammenbruch der UdSSR ließen den Start des Atomflugzeugs nicht zu. In OKB-301 (Chefdesigner S.A. Lavochkin) wurde Mitte der 50er Jahre die Frage der Installation eines Staustrahl-Atomtriebwerks auf der Interkontinental-Marschflugrakete Burya (ähnlich dem PLUTO-Projekt) untersucht. Das Projekt erhielt die Bezeichnung „375“. Die Entwicklung der Rakete selbst war kein Problem, die Motoren ließen nach. OKB-670 (Chefdesigner M.M. Bondaryuk) konnte die Entwicklung eines Staustrahl-Atomtriebwerks lange Zeit nicht bewältigen. Im Jahr 1960 Das Tempest-Projekt wurde zusammen mit seiner nuklearen Version abgeschlossen. Es ging nie darum, einen Atommotor zu testen. Kernenergie kann zum Erhitzen des Arbeitsmediums nicht nur in einem Luftstrahltriebwerk, sondern auch in einem nuklearen Raketentriebwerk (NRE) verwendet werden. Diese werden normalerweise in reaktive Energie unterteilt, bei der die Erwärmung des Arbeitsmediums (RT) kontinuierlich erfolgt, und gepulste oder pulsierende Energie (im Allgemeinen auch reaktiv), bei der Kernenergie diskret durch eine Reihe nuklearer (thermonuklearer) Explosionen geringer Leistung freigesetzt wird. Von Aggregatzustand Kernbrennstoff im Kern des Kernreaktors wird in Festphase, Flüssigphase und Gasphase (Plasma) unterteilt. Getrennt davon ist es möglich, die NRE in dem Reaktor herauszusuchen, in dem sich der Kernbrennstoff in einem fluidisierten Zustand befindet (in Form einer rotierenden „Wolke“ aus staubähnlichen Partikeln). Eine andere Art von Jet-NRE ist ein Triebwerk, das die bei der spontanen Spaltung radioaktiver Isotope (radioaktiver Zerfall) freigesetzte Wärmeenergie zum Erhitzen des RT nutzt. Der Vorteil eines solchen Motors ist die einfache Konstruktion, ein wesentlicher Nachteil sind die hohen Kosten für Isotope (z. B. Polonium-210). Darüber hinaus wird beim spontanen Zerfall eines Isotops ständig Wärme freigesetzt, auch wenn der Motor ausgeschaltet ist, und diese muss irgendwie aus dem Motor entfernt werden, was die Konstruktion komplizierter und schwerer macht. In einem gepulsten NRE verdampft die Energie einer Atomexplosion das RT und wandelt es in Plasma um. Eine expandierende Plasmawolke übt Druck auf einen starken Metallboden (Druckplatte) aus und erzeugt einen Strahlschub. Der RT kann eine leicht umwandelbare feste Substanz sein, die auf eine Schubplatte aufgetragen wird, flüssiger Wasserstoff oder in einem speziellen Tank gespeichertes Wasser. Dies ist ein Schema des sogenannten gepulsten NRE mit äußerer Wirkung, ein anderer Typ ist ein gepulster NRE mit innerer Wirkung, bei dem kleine nukleare oder thermonukleare Ladungen in speziellen Kammern (Brennkammern) gezündet werden, die mit Strahldüsen ausgestattet sind. Dort wird auch der RT zugeführt, der beim Durchströmen der Düse wie bei herkömmlichen Raketentriebwerken Schub erzeugt. Ein solches System ist effizienter, da alle RT- und Explosionsprodukte zur Schuberzeugung verwendet werden. Die Tatsache, dass Explosionen innerhalb eines bestimmten Volumens auftreten, führt jedoch zu Einschränkungen hinsichtlich des Drucks und der Temperatur in der Brennkammer. Ein gepulster Yard äußerer Einwirkung ist einfacher und eine große Menge wird freigesetzt Kernreaktionen Energie lässt sich auch mit geringerem Wirkungsgrad erzielen gute Leistung solche Systeme. In den USA 1958-63. Es wurde ein Projekt einer Rakete mit einem gepulsten YARD „Orion“ entwickelt. Sie testeten sogar ein Modellflugzeug mit Pulsmotor mit herkömmlichen chemischen Sprengstoffen. Die erzielten Ergebnisse sprachen für die grundsätzliche Möglichkeit eines kontrollierten Fluges des Geräts mit einem solchen Triebwerk. Orion sollte ursprünglich von der Erde aus gestartet werden. Um die Möglichkeit einer Beschädigung der Rakete durch eine bodengestützte nukleare Explosion auszuschließen, war geplant, sie zum Start auf acht 75-Meter-Türmen zu installieren. Gleichzeitig erreichte die Startmasse der Rakete 10.000 Tonnen. und der Durchmesser der Schubplatte beträgt etwa 40 m. Um die dynamischen Belastungen der Raketenstruktur und der Besatzung zu reduzieren, wurde eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen. Nach einem Kompressionszyklus brachte es die Platte wieder in ihre ursprüngliche Position, woraufhin es zu einer weiteren Explosion kam. Zu Beginn wurde jede Sekunde eine Ladung mit einer Leistung von 0,1 kt untergraben. Nach Verlassen der Atmosphäre lädt es sich mit einer Leistung von 20 kt auf. explodierte alle 10 Sekunden. Um die Atmosphäre nicht zu verschmutzen, wurde später beschlossen, die Orion mit der ersten Stufe der Saturn-5-Rakete von der Erde zu befördern, und da ihr maximaler Durchmesser 10 m betrug. Dann wurde der Durchmesser der Druckplatte zugeschnitten 
10 m. Der effektive Schub verringerte sich jeweils auf 350 Tonnen, wobei das eigene „trockene“ Gewicht der Steuereinheit (ohne RT) 90,8 Tonnen betrug. Zur Lieferung einer Nutzlast von 680 Tonnen auf die Mondoberfläche. Es müssten etwa 800 Plutoniumladungen gesprengt werden (die Plutoniummasse beträgt 525 kg) und etwa 800 Tonnen verbraucht werden. RT. Es wurde auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, den Orion als Mittel zur Abgabe nuklearer Ladungen an das Ziel einzusetzen. Doch bald gab das Militär diese Idee auf. Und im Jahr 1963. Es wurde ein Abkommen über das Verbot nuklearer Explosionen im Weltraum auf der Erde (in der Atmosphäre) und unter Wasser unterzeichnet. Dadurch wurde das gesamte Projekt verboten. Ein ähnliches Projekt wurde in der UdSSR in Betracht gezogen, hatte jedoch keine praktischen Ergebnisse. Sowie das Projekt des Luft- und Raumfahrtflugzeugs (VKS) M-19 des Myasishchev Design Bureau. Das Projekt sah die Schaffung eines wiederverwendbaren, einstufigen Luft- und Raumfahrtsystems vor, mit dem eine Nutzlast mit einem Gewicht von bis zu 40 Tonnen in niedrige Referenzumlaufbahnen (bis zu 185 km) befördert werden kann. Zu diesem Zweck sollte das VCS mit einem nuklearen Raketentriebwerk und einem Multimode-Luftstrahlantriebssystem ausgestattet werden, das sowohl mit einem Kernreaktor als auch mit Wasserstoff betrieben wird. Mehr zu diesem Projekt ist auf der Seite beschrieben. Kernenergie kann nicht nur direkt zur Erwärmung der RT im Motor genutzt werden, sondern auch in elektrische Energie umgewandelt werden, die dann zur Schuberzeugung in elektrischen Antriebsmotoren (EP) genutzt wird. Nach diesem Schema wurden Kernkraftantriebssysteme (KKW) gebaut, bestehend aus Kernkraftwerken (KKW) und elektrischen Raketenantriebssystemen (EPP). Es gibt keine etablierte (allgemein anerkannte) Klassifizierung elektrischer Antriebe. Entsprechend dem vorherrschenden „Mechanismus“ der Beschleunigung kann RT EJE in gasdynamische (elektrochemische), elektrostatische (Ionen) und elektromagnetische (Plasma) unterteilt werden. In elektrochemischen Anlagen wird Elektrizität zum Erhitzen oder chemischen Zersetzen von RT (elektrische Heizung, thermische Katalyse und Hybrid) verwendet, wobei die RT-Temperatur 5000 °C erreichen kann. Die Beschleunigung des RT erfolgt wie beim herkömmlichen LRE beim Durchlaufen des gasdynamischen Pfades des Motors (Düse). Elektrochemische Motoren verbrauchen unter den elektrischen Antriebsmotoren die geringste Leistung pro Schubeinheit (ca. 10 kW/kg). In einem elektrostatischen elektrischen Antriebsmotor wird das Arbeitsmedium zunächst ionisiert. Anschließend werden positive Ionen in einem elektrostatischen Feld beschleunigt (unter Verwendung eines Elektrodensystems), wodurch Schub erzeugt wird (Elektronen werden am Austritt des Motors in das Fluid injiziert, um die Ladung des Strahlstroms zu neutralisieren). In einem elektromagnetischen elektrischen Antriebsmotor wird das RT beim Durchströmen auf den Plasmazustand (Zehntausende Grad) erhitzt elektrischer Schock. Anschließend wird das Plasma in einem elektromagnetischen Feld beschleunigt („parallel dazu kann auch eine gasdynamische Beschleunigung angewendet werden“). Als RT werden in elektrothermischen EJEs niedermolekulare oder leicht dissoziierende Gase und Flüssigkeiten, in elektrostatischen EJEs alkalische oder schwere, leicht verdampfende Metalle oder organische Flüssigkeiten und in elektromagnetischen EJEs verschiedene Gase und Feststoffe verwendet. Ein wichtiger Parameter des Motors ist sein spezifischer Schubimpuls (siehe Seite ), der seine Effizienz charakterisiert (je größer er ist, desto weniger RT wird für die Erzeugung eines Kilogramms Schub aufgewendet). Der spezifische Impuls für verschiedene Motortypen variiert in einem weiten Bereich: Festtreibstoff-RD – 2650 m/s, Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk – 4500 m/s, elektrochemischer EP – 3000 m/s, Plasma-EP bis zu 290.000. Bekanntlich ist der Wert des spezifischen Impulses direkt proportional zu Quadratwurzel aus dem Temperaturwert der RT vor der Düse. Sie (Temperatur) wiederum wird durch den Heizwert des Brennstoffs bestimmt. bestes Ergebnis Unter den chemischen Brennstoffen hat ein Paar Beryllium + Sauerstoff 7200 kcal/kg. Der Heizwert von Uran-235 ist etwa 2 Millionen Mal höher. Die nutzbare Energiemenge ist jedoch nur 1400-mal größer. Einschränkungen auferlegt Design-Merkmale Reduzieren Sie diesen Wert für ein Festphasen-NRE auf 2-3 (die maximal erreichbare Temperatur des RT beträgt etwa 3000 Grad). Und doch beträgt der spezifische Impuls eines Festphasen-Atomraketentriebwerks etwa 9000 m/s, gegenüber 3500-4500 bei modernen Raketentriebwerken. Bei Flüssigphasen-NREs kann der spezifische Impuls 20.000 m/s erreichen, bei Gasphasen-NREs, bei denen die RT-Temperatur Zehntausende Grad erreichen kann, beträgt der spezifische Impuls 15-70.000 m/s. Ein weiterer wichtiger Parameter, der die Gewichtsperfektion eines Antriebssystems (PS) oder Motors charakterisiert, ist deren spezifisches Gewicht – das Verhältnis des Gewichts des Antriebssystems (mit oder ohne Treibstoffkomponenten) oder des Motors zum erzeugten Schub. Es wird auch der Kehrwert davon verwendet – spezifischer Schub. Das spezifische Gewicht (Schub) bestimmt die erreichbare Beschleunigung des Flugzeugs, sein Schub-Gewichts-Verhältnis. Bei modernen Flüssigkeitsraketentriebwerken beträgt das spezifische Gewicht 7–20 kg. Schub pro Tonne Eigengewicht, d.h. das Verhältnis von Schub zu Gewicht erreicht 14. Das NRE hat auch ein gutes Verhältnis von Schub zu seinem Eigengewicht - bis zu 10. Gleichzeitig liegt bei LRE, die Sauerstoff-Wasserstoff-Brennstoff verwenden, das Verhältnis der Masse des RT zur Masse der Struktur im Bereich von 7-8. Bei Festphasen-NREs wird dieser Parameter auf 3–5 reduziert, was einen Gewinn bedeutet spezifisches Gewicht DU unter Berücksichtigung des Gewichts des RT. Bei einem elektrischen Antriebsmotor wird der entwickelte Schub durch den hohen Energieverbrauch zur Erzeugung von 1 kg begrenzt. Schub (von 10 kW bis 1 MW). Die maximale Schubkraft der vorhandenen elektrischen Antriebssysteme beträgt mehrere Kilogramm. Wenn im EP zusätzliche Elemente vorhanden sind, die mit der Stromversorgung des EP verbunden sind, beträgt das Schub-Gewichts-Verhältnis des Geräts mit einem solchen PS viel weniger als eins. Dies macht es unmöglich, mit ihnen Nutzlasten in eine erdnahe Umlaufbahn zu befördern (einige EJEs können im Allgemeinen nur unter Weltraumvakuumbedingungen betrieben werden). Der Einsatz von ERE ist nur in Raumfahrzeugen als schubarme Triebwerke zur Orientierung, Stabilisierung und Korrektur von Umlaufbahnen sinnvoll. Aufgrund des geringen Verbrauchs des Arbeitsmediums (großer spezifischer Impuls) kann die Dauer des Dauerbetriebs des ERE in Monaten und Jahren gemessen werden. Die Versorgung von EJE mit Strom aus einem Kernreaktor wird es ermöglichen, sie für Flüge in die „Rände“ des Sonnensystems zu nutzen, wo die Leistung von Solarbatterien nicht ausreicht. Der Hauptvorteil eines nuklearen Raketentriebwerks gegenüber anderen Arten von Raketentriebwerken ist daher sein hoher spezifischer Impuls mit einem hohen Schub-Gewichts-Verhältnis (zige, hunderte und tausende Tonnen Schub bei einem viel geringeren Eigengewicht). Der Hauptnachteil von NRE ist das Vorhandensein eines starken Flusses durchdringender Strahlung und die Entfernung hochradioaktiver Uranverbindungen mit verbrauchter RT. In dieser Hinsicht ist das NRE für Bodenstarts nicht akzeptabel. Die Arbeiten zum Bau von Kern- und Kernreaktoren in der UdSSR begannen Mitte der 1950er Jahre. Im Jahr 1958 Der Ministerrat der UdSSR verabschiedete eine Reihe von Resolutionen zur Durchführung von Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Raketen mit nuklearen Raketentriebwerken. Die wissenschaftliche Leitung wurde M.V. Keldysh, I.V. anvertraut. Kurchatov und S.P. Korolev. An der Arbeit waren Dutzende Forschungs-, Design-, Bau- und Installationsorganisationen beteiligt. Dies sind NII-1 (jetzt Keldysh Research Center), OKB-670 (Chefdesigner M.M. Bondaryuk), Institut für Atomenergie (IAE, jetzt Kurtschatow-Institut) und Institut für Physik und Energietechnik (jetzt Leipunsky IPPE), Forschungsinstitut für Instrumententechnik (Chefdesigner A.S. Abramov), NII-8 (jetzt Wissenschaftliches Forschungs- und Designinstitut – NIKIE T, benannt nach Dolezhal) und OKB-456 (jetzt NPO Energomash, benannt nach Glush). ko), NIITVEL (NPO Luch, jetzt Podolsk Research Institute of Technology – PNITI), NII-9 (jetzt High-Technological Research Institute of Inorganic Materials – VNIINM benannt nach A.A. Bochvar) und andere. Maschinenbau – TsKBEM, NPO Energia, RSC Energia im. Korolev) wurden Entwurfsentwürfe für eine einstufige ballistische Rakete YAR-1 und eine zweistufige nuklearchemische Rakete YAKhR-2 entwickelt. Beide sahen den Einsatz von YARD mit einer Schubkraft von 140 Tonnen vor. Die Entwürfe waren am 30. Dezember 1959 fertig. Die Schaffung eines Kampfflugzeugs YAR-1 wurde jedoch als unangemessen erachtet und die Arbeiten daran wurden eingestellt. YAKhR-2 hatte ein ähnliches Schema wie die R-7, verfügte jedoch über sechs seitliche Raketenkapseln der ersten Stufe, die mit NK-9-Triebwerken ausgestattet waren. Die zweite Stufe (Mittelblock) war mit einem YARD ausgestattet. Das Startgewicht der Rakete betrug 850–880 t. mit einer Nutzlastmasse von 35-40t. (Eine Variante mit einem Startgewicht von 2000 Tonnen wurde ebenfalls in Betracht gezogen. Länge 42 m. Maximale Querabmessung 19 m. Nutzlast bis zu 150 Tonnen.) Die Triebwerke aller YAKhR-2-Einheiten wurden auf der Erde gestartet. Gleichzeitig wurde der NRE in den „Leerlauf“-Modus versetzt (die Reaktorleistung betrug 0,1 % der Nennleistung ohne Arbeitsflüssigkeitsdurchfluss). Die Aktivierung des Betriebsmodus erfolgte im Flug wenige Sekunden vor der Trennung der Seitenblöcke. Mitte 1959 OKB-1 vergab technische Aufträge an Triebwerkshersteller (OKB-670 und OKB-456) zur Entwicklung von Entwurfsentwürfen für nukleare Raketentriebwerke mit einer Schubkraft von 200 und 40 Tonnen. Nach Beginn der Arbeiten am schweren H-1-Träger wurde auf dieser Grundlage die Frage der Schaffung eines zweistufigen Trägers mit einem nuklearen Raketentriebwerk in der zweiten Stufe geprüft. Dies würde eine Erhöhung der in die erdnahe Umlaufbahn gestarteten Nutzlast um mindestens das 2- bis 2,5-fache und die Umlaufbahn des Mondsatelliten um 75 bis 90 % gewährleisten. Aber auch dieses Projekt wurde nicht abgeschlossen – die N-1-Rakete flog nie. Das Design des YARD wurde von OKB-456 und OKB-670 durchgeführt. Sie haben mehrere Entwurfsentwürfe für nukleare Raketentriebwerke mit einem Festphasenreaktor fertiggestellt. Also in OKB-456 von 1959. Es wurden Entwurfsentwürfe für RD-401-Triebwerke mit Wassermoderator und RD-402-Triebwerke mit Berylliummoderator vorbereitet, die im Hohlraum einen Schub von 170 Tonnen hatten. mit einem spezifischen Schubimpuls von 428 Sek. Als Arbeitsmedium diente flüssiges Ammoniak. Bis 1962 Gemäß der Leistungsbeschreibung von OKB-1 wurde das Projekt RD-404 mit einer Schubkraft von 203 Tonnen abgeschlossen. mit einem spezifischen Schubimpuls von 950 Sek. (RT – flüssiger Wasserstoff) und im Jahr 1963. - RD-405 mit einer Schubkraft von 40-50 t. Allerdings im Jahr 1963 Alle Bemühungen von OKB-456 wurden auf die Entwicklung von Gasphasen-Atomraketentriebwerken ausgerichtet. Mehrere NRE-Projekte mit einem Festphasenreaktor und einem Ammonium-Alkohol-Gemisch als RT wurden in den gleichen Jahren von OKB-670 entwickelt. Um vom vorläufigen Entwurf zur Erstellung echter NRE-Proben überzugehen, war es notwendig, viele weitere Probleme zu lösen und zunächst die Funktionsfähigkeit von Brennelementen (FEL) eines Kernreaktors bei hohen Temperaturen zu untersuchen. Kurtschatow im Jahr 1958 schlug vor, dafür einen Sprengreaktor zu bauen (RVD, der moderne Name ist ein gepulster Graphitreaktor – IGR). Das Design und die Herstellung wurden NII-8 anvertraut. Im Hochdruckreaktor wurde die Wärmeenergie der Uranspaltung nicht außerhalb der aktiven Zone abgeführt, sondern der Graphit, aus dem sie (zusammen mit Uran) entstand, auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Es ist klar, dass ein solcher Reaktor nur für kurze Zeit arbeiten könnte – durch Impulse, mit Abschaltungen zur Abkühlung. Das Fehlen jeglicher Metallteile im Kern ermöglichte die Erzeugung von „Blitzen“, deren Leistung nur durch die Sublimationstemperatur des Graphits begrenzt war. Im Zentrum der aktiven Zone befand sich ein Hohlraum, in dem sich die Testproben befanden. Im selben Jahr 1958 Auf dem Testgelände Semipalatinsk, unweit des Testgeländes der ersten Atombombe, wurde mit dem Bau der notwendigen Gebäude und Bauwerke begonnen. Mai-Juni 1960 Es wurde ein physischer („Kalt“)-Start des Reaktors durchgeführt, und ein Jahr später wurde eine Reihe von Starts durchgeführt, bei denen der Graphitstapel auf bis zu 1000 Grad erhitzt wurde. Um die Umweltsicherheit zu gewährleisten, wurde der Stand nach einem „geschlossenen“ Schema gebaut – das verbrauchte Kühlmittel wurde in Gastanks aufbewahrt, bevor es in die Atmosphäre abgegeben und anschließend gefiltert wurde. Seit 1962 Am IGR (RVD) wurden Brennstäbe und Brennelemente (FAs) verschiedener Typen für Kernreaktoren getestet, die am NII-9 und NII-1 entwickelt wurden. In der zweiten Hälfte der 1950er Jahre führten NII-1 und IPPE Studien zur Gasdynamik von Gasbrennelementen und zur Physik von Gasphasenreaktoren durch, die die grundsätzliche Möglichkeit der Schaffung von Gasphasen-NREs zeigten. Im Arbeitsraum eines solchen Motors wurde mit Hilfe eines Magnetfeldes, das von der ihn umgebenden Magnetspule erzeugt wurde, eine „stagnierende“ Zone erzeugt, in der Uran auf Temperaturen von etwa 9000 Grad erhitzt wurde. und erhitzte den durch diese Zone strömenden Wasserstoff (zur Verbesserung der Absorption von Strahlungsenergie wurden ihm spezielle Zusätze zugesetzt). Ein Teil des Kernbrennstoffs wurde zwangsläufig durch den Gasstrom mitgerissen, so dass der Verlust an Uran ständig ausgeglichen werden musste. Ein Gasphasen-NRE könnte einen spezifischen Impuls von bis zu 20.000 m/s haben. Die Arbeiten an einem solchen Motor begannen im Jahr 1963. in OKB-456 (unter der wissenschaftlichen Leitung von NII-1). Im Jahr 1962 Am IPPE entstand die Experimentierbank IR-20 mit einem Festphasenreaktor, dessen Moderator Wasser war. Es wurde erstmals zur Untersuchung der physikalischen Parameter von Festphasen-NRE-Reaktoren eingesetzt, die als Grundlage für spätere Entwürfe dienten. Im Jahr 1968 Unter Berücksichtigung der am IR-20-Stand gesammelten Erfahrungen wurde hier auch der physische Strela-Stand aufgebaut, auf dem ein Reaktor installiert wurde, der in seiner Konstruktion dem Reaktor des Flugmodells der NRE recht nahe kam. Der nächste Schritt zur Schaffung des NRE war die Schaffung einer speziellen Versuchsanlage zum Testen des bodengestützten Prototyps des NRE-Reaktors. Im Jahr 1964 Es wurde ein Regierungserlass über den Bau eines Prüfstandkomplexes zum Testen von Atomraketentriebwerken auf dem Testgelände Semipalatinsk erlassen, der den Namen „Baikal“ erhielt. Bis Februar 1965 Am IAE wurde die Leistungsbeschreibung für die Entwicklung eines Reaktors für den Baikalkomplex erstellt (er erhielt den Index IVG-1-Forschung Hochtemperatur-Gaskühlung). NII-8 beginnt mit dem Entwurf (unter der wissenschaftlichen Leitung der IAE). Die Entwicklung und Herstellung von Brennelementen sind NIITVEl zugeordnet. Im Jahr 1966 Die Entwicklung des ersten sowjetischen Festphasen-NRE (erhielt den Index 11B91 oder RD-0410) wurde an das Voronezh Design Bureau of Chemical Automation (KBKhA) Ch übertragen. Designer A.D. Konopatov. Im Jahr 1968 NPO Energomash (OKB-456) hat die Entwicklung eines vorläufigen Entwurfs für einen Motor mit einem Gasphasenreaktor abgeschlossen. Der als RD-600 bezeichnete Motor sollte eine Schubkraft von etwa 600 Tonnen haben. mit einem Eigengewicht von etwa 60 Tonnen. Als Moderator und Reflektor wurden Beryllium und Graphit verwendet. RT – Wasserstoff mit Zusatz von Lithium. 24. Mai 1968 Es wurde ein Regierungserlass erlassen, der die Schaffung eines nuklearen Raketentriebwerks auf der Grundlage des vorgeschlagenen Projekts sowie den Bau einer Testbasis namens Baikal-2 vorsah. Parallel zur Entwicklung des Flugmodells YARD 11B91 am KBKhA wurde am NII-1 dessen Tischprototyp (IR-100) erstellt. Im Jahr 1970 Es wurde eine Kombination dieser Arbeiten durchgeführt (das Programm erhielt den Index 11B91-IR-100) und alle Entwurfsarbeiten an Tisch- und Flugmodellen nuklearer Raketentriebwerke wurden im KBKhA konzentriert. Die physische Inbetriebnahme des ersten YARD 11B91-IR-100-Reaktors wurde am IPPE am Strela-Stand durchgeführt. Es führte ein umfangreiches Forschungsprogramm durch. Der Bau des Baikalkomplexes dauerte mehrere Jahre. Der Komplex sollte aus zwei Schächten bestehen, in die die Versuchsreaktoren mit einem Portalkran abgesenkt wurden. 18. September 1972 Die physische Inbetriebnahme des IVG-1-Reaktors erfolgte im Rahmen des ersten Arbeitsplatzes des Baikalkomplexes. Es könnte auch als Laborprototyp des zukünftigen YRD mit einer Schubkraft von 20–40 Tonnen verwendet werden. und als Stand zum Testen neuer Arten von Kernbrennstoffen. Der Reaktor hatte einen Berylliumreflektor und Wasser war der Moderator. Sein Kern bestand aus 31 Brennelementen. Wasserstoff, der den Kernbrennstoff kühlt, konnte auf bis zu 2500 Grad erhitzt werden, in einem speziellen zentralen Kanal konnten sogar 3000 Grad erreicht werden. Der Stromstart erfolgte erst Anfang März 1975. Dies wurde durch die Notwendigkeit erklärt, den Bau aller Gebäude und Strukturen des Bankkomplexes abzuschließen, eine große Menge an Robotern in Betrieb zu nehmen und das Personal zu schulen. Die Instrumente befanden sich in einem unterirdischen Bunker zwischen den Minen. In einem anderen befindet sich in einer Entfernung von 800 m. war das Bedienfeld. Der Zugang zum Kontrollpult war von der sicheren Zone aus durch einen anderthalb Kilometer langen unterirdischen Tunnel möglich. In der Nähe der Mine in einer Tiefe von 150 m. Ein kugelförmiger Behälter wurde platziert, in den Wasserstoffgas unter hohem Druck gepumpt wurde. Im Reaktor auf fast 3000 Grad erhitzt. Wasserstoff wurde direkt in die Atmosphäre abgegeben. Allerdings kam die Entfernung der Spaltprodukte in diesem Fall den radioaktiven Emissionen von Kernkraftwerken während ihres normalen Betriebs nahe. Dennoch durfte man sich der Mine tagsüber nicht näher als anderthalb Kilometer nähern, und einen Monat lang war es unmöglich, sich der Mine selbst zu nähern. Während der 13-jährigen Betriebszeit wurden 28 „heiße“ Starts des IVG-1-Reaktors durchgeführt. Im Rahmen von 4 Versuchskernen wurden etwa 200 gasgekühlte Brennelemente getestet. Die Lebensdauer mehrerer Baugruppen bei Nennleistung betrug 4000 Sekunden. Viele der Ergebnisse dieser Tests übertreffen die im Rahmen des NRE-Programms in den USA erzielten Ergebnisse erheblich, sodass die maximale Wärmefreisetzungsdichte im Kern des IVG-1-Reaktors 25 kW/cm3 erreichte. Gegenüber 5,2 Grad bei den Amerikanern betrug die Temperatur des Wasserstoffs am Auslass der Brennelemente etwa 2800 Grad gegenüber 2300 Grad bei den Amerikanern. Im Jahr 1977 Der zweite Arbeitsplatz des Baikal-Bankkomplexes wurde am 17. September 1977 in Betrieb genommen. der erste Tischreaktor für YARD 11B91-IR-100 wurde in Betrieb genommen, der die Bezeichnung IRGIT erhielt. Sechs Monate später, 27. März 1978. Der Kraftstart wurde durchgeführt. Dabei wurde eine Leistung von 25 MW (15 % der Auslegungsleistung) erreicht, die Wasserstofftemperatur betrug 1500 Grad, die Betriebszeit betrug 70 Sekunden. Während der Tests am 3. Juli 1978. und 11. August 1978. eine Leistung von 33 MW wurde erreicht und 42 MW, die Temperatur des Wasserstoffs betrug 2360 Grad. In den späten 70er und frühen 80er Jahren wurden am Prüfstandkomplex zwei weitere Testreihen durchgeführt – das zweite und das dritte 11B91-IR-100-Gerät. Auch die Erprobung von Brennelementen in den IGR- und IVG-Reaktoren wurde fortgesetzt, der Bau von Anlagen war im Gange, mit dem Ziel, einen zweiten B-Arbeitsplatz für die Erprobung eines mit flüssigem Wasserstoff betriebenen Motors in Betrieb zu nehmen. Gleichzeitig wurden an einem Stand in Zagorsk bei Moskau Tests des sogenannten „kalten“ Triebwerks 11B91X durchgeführt, das über keinen Kernreaktor verfügte. Wasserstoff wurde in speziellen Wärmetauschern von gewöhnlichen Sauerstoff-Wasserstoff-Brennern erhitzt. Bis 1977 Alle Aufgaben zum Aufarbeiten eines „kalten“ Motors wurden gelöst (die Einheiten konnten stundenlang arbeiten). Im Prinzip wurde der YARD erstellt und es dauerte noch mehrere Jahre, ihn für Flugtests vorzubereiten. YARD 11B91 verfügte über einen heterogenen thermischen Neutronenreaktor, Zirkoniumhydrid diente als Moderator, Berylliumreflektor, Kernbrennstoffmaterial auf Basis von Uran und Wolframcarbiden mit einem Uran-235-Gehalt von etwa 80 %. Es handelte sich um einen relativ kleinen Metallzylinder mit einem Durchmesser von etwa 50 cm. und etwa einen Meter lang. Im Inneren befinden sich 900 dünne Stäbe mit Urankarbid. Der YARD-Reaktor war von einem Beryllium-Neutronenreflektor umgeben, in den Trommeln eingebettet waren, die auf einer Seite mit einem Neutronenabsorber beschichtet waren. Sie spielten die Rolle von Steuerstäben – je nachdem, welche Seite der Trommeln dem Kern zugewandt war, absorbierten sie mehr oder weniger Neutronen und regulierten so die Leistung des Rektors (die Amerikaner hatten das gleiche Schema). Um 1985. YARD 11B91 könnte seinen ersten Weltraumflug machen. Doch dazu kam es aus verschiedenen Gründen nicht. Zu Beginn der 1980er Jahre wurden erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung hocheffizienter Raketentriebwerke erzielt, was zusammen mit der Aufgabe von Plänen zur Erforschung des Mondes und anderer nahegelegener Planeten des Sonnensystems die Machbarkeit der Entwicklung eines nuklearen Raketentriebwerks in Frage stellte. Die auftretenden wirtschaftlichen Schwierigkeiten und die sogenannte „Perestroika“ führten dazu, dass die gesamte Raumfahrtindustrie 1988 „in Ungnade“ geriet. Die Arbeiten am Atomraketentriebwerk in der UdSSR wurden eingestellt. Die Idee, Elektrizität zur Erzeugung eines Strahlantriebs zu nutzen, wurde bereits 1903 von K. E. Tsiolkovsky geäußert. Das erste experimentelle EJE wurde 1929-1933 im Gasdynamiklabor (Leningrad) unter der Leitung von V. P. Glushko erstellt. Die Untersuchung der Möglichkeit der Schaffung eines EJE begann Ende der 1950er Jahre am IAE (unter der Leitung von L.A. Artsimovich), am NII-1 (unter der Leitung von V.M. Ievlev und A.A. Porotnikov) und einer Reihe anderer Organisationen. Daher wurden im OKB-1 Forschungsarbeiten zur Entwicklung eines nuklearelektrischen Antriebsmotors durchgeführt. Im Jahr 1962 Der vorläufige Entwurf der H1-Trägerrakete umfasste „Materialien für den Kernantrieb schwerer interplanetarer Raumfahrzeuge“. Im Jahr 1960 Zur Organisation der Arbeiten am elektrischen Antriebssystem wurde ein Regierungserlass erlassen. Neben IAE und NII-1 waren Dutzende weitere Forschungsinstitute, Designbüros und Organisationen an der Arbeit beteiligt. Bis 1962 In NII-1 wurde ein gepulstes Plasmatriebwerk (SPT) vom Erosionstyp geschaffen. Bei SPD entsteht Plasma durch Verdampfung (Ablation) eines festen Dielektrikums (Fluoroplast-4, auch bekannt als Teflon) in einer gepulsten (Funken-)elektrischen Entladung mit einer Dauer von mehreren Mikrosekunden (Pulsleistung 10–200 MW), gefolgt von einer elektromagnetischen Beschleunigung des Plasmas. Die ersten Lebenstests eines solchen Motors begannen am 27. März und dauerten bis zum 16. April 1962. Bei einer durchschnittlichen Leistungsaufnahme von 1 kW (gepulst – 200 MW) betrug der Schub 1 g. - „Preis“ des Schubes 1 kW/g. Für Tests im Weltraum war ein etwa viermal geringerer „Preis“ für den Schub erforderlich. Diese Parameter wurden bis Ende 1962 erreicht. Neuer Motor verbrauchte 50 W (Pulsleistung 10 MW), um einen Schub von 0,2 g zu erzeugen. (Später wurde der „Preis“ der Traktion für ein Jahr auf 85 W erhöht). Im März 1963 Es wurde ein auf SPD basierendes Steuerungssystem für das Stabilisierungssystem des Raumfahrzeugs erstellt und getestet, das sechs Motoren, einen Spannungswandler (eine Funkenentladung wurde durch Kondensatoren mit einer Kapazität von 100 Mikrofarad und einer Spannung von 1 kV erzeugt), ein Programmschaltgerät, hermetische Hochspannungsanschlüsse und andere Geräte umfasste. Die Plasmatemperatur erreichte 30.000 Grad. und die Geschwindigkeit des Ablaufs beträgt 16 km/s. Der erste Start eines Raumschiffs (einer interplanetaren Station vom Typ Zond) mit elektrischem Antriebsmotor war für November 1963 geplant. Stapellauf am 11. November 1963 endete mit einem Unfall RN. Nur 30. November 1964. AMS „Zond-2“ mit EJE an Bord erfolgreich in Richtung Mars gestartet. 14. Dezember 1964 In einer Entfernung von mehr als 5 Millionen km von der Erde wurden Plasmamotoren eingeschaltet (gasdynamische Motoren waren damals ausgeschaltet), die mit Solarbatterien betrieben wurden. Innerhalb von 70 Min. Sechs Plasmatriebwerke sorgten für die notwendige Ausrichtung der Station im Weltraum. 1968 in den USA. Der Kommunikationssatellit „LES-6“ wurde mit vier Erosions-SPDs gestartet, die mehr als zwei Jahre lang funktionierten. Für die weitere Arbeit am EJE wurde das Design Bureau „Fakel“ gegründet (auf der Grundlage des nach B.S. Stechkin benannten Design Bureau, Kaliningrad). Die erste Entwicklung von OKB Fakel war das EPS des Stabilisierungs- und Orientierungssystems für das militärische Raumschiff vom Typ Globus (AES Horizon) in der Nähe des Zond-2 IPD. Seit 1971 Im Bahnkorrektursystem des Meteor-Wettersatelliten kamen zwei Plasmatriebwerke des Fakel Design Bureau zum Einsatz, die bei einem Gewicht von jeweils 32,5 kg etwa 0,4 kW verbrauchten und dabei einen Schub von etwa 2 g entwickelten. Die Abgasgeschwindigkeit betrug über 8 km/s, der Vorrat an RT (komprimiertes Xenon) betrug 2,4 kg. Seit 1982 Auf geostationären Kommunikationssatelliten „Luch“ werden von OKB „Fakel“ entwickelte EJEs eingesetzt. Bis 1991 ERE operierte erfolgreich an 16 Raumfahrzeugen. Weitere Details zum EJD werden auf einer separaten Seite von sayia beschrieben. Der Schub des geschaffenen EJE wurde durch die elektrische Leistung der Bordstromquellen begrenzt. Um den Schub des EPS auf mehrere Kilogramm zu erhöhen, musste die Leistung auf mehrere hundert Kilowatt gesteigert werden, was mit herkömmlichen Methoden (Batterien usw.) praktisch unmöglich war Sonnenkollektoren ). Daher haben IPPE, IAE und andere Organisationen parallel zu den Arbeiten am EJE mit Arbeiten zur direkten Umwandlung der thermischen Energie eines Kernreaktors in elektrische Energie begonnen. Der Ausschluss von Zwischenstufen der Energieumwandlung und das Fehlen beweglicher Teile ermöglichten die Schaffung kompakter, leichter und zuverlässiger Kraftwerke mit ausreichend hoher Leistung und Ressourcen, die für den Einsatz in Raumfahrzeugen geeignet sind. Im Jahr 1965 Im OKB-1 wurde gemeinsam mit dem IPPE ein Entwurfsentwurf des Kernantriebsmotors YaERD-2200 für ein interplanetares Raumschiff mit Besatzung entwickelt. Das Antriebssystem bestand aus zwei Blöcken (jeder verfügte über ein eigenes Kernkraftwerk), die elektrische Leistung jedes Blocks betrug 2200 kW, die Schubkraft 8,3 kg. Der Magnetoplasmamotor hatte einen spezifischen Impuls von etwa 54.000 m/s. In den 1966-70er Jahren. Es wurde ein Entwurfsentwurf für ein thermionisches Kernkraftwerk (11B97) und ein elektrisches Antriebssystem für den Marskomplex entwickelt, der von der N1M-Trägerrakete gestartet wurde. Das nuklearelektrische Antriebssystem wurde aus einzelnen Blöcken zusammengesetzt; die elektrische Leistung eines Blocks betrug bis zu 5 MW. EJE-Schub - 9,5 kg. bei einem spezifischen Schubimpuls von 78000 m/sec. Die Schaffung leistungsstarker nuklearer Stromquellen dauerte jedoch viel länger als erwartet. Thermoelektrische Radioisotopgeneratoren (RTGs), die die Wärme der spontanen Spaltung radioaktiver Isotope (z. B. Polonium-210) nutzten, fanden aufgrund ihres einfachen Designs und ihres geringen Gewichts als erste praktische Anwendung. Der thermoelektrische Wandler war im Wesentlichen ein herkömmliches Thermoelement. Allerdings schränkten ihr relativ geringer Stromverbrauch von RITEGs und die hohen Kosten der verwendeten Isotope ihre Anwendung stark ein. Bessere Aussichten hatte der Einsatz von thermoelektrischen und thermionischen Energiewandlern in Kombination mit Kernreaktoren, die zu einer einzigen Einheit (Reaktor-Konverter) zusammengefasst waren. Zur experimentellen Überprüfung der Möglichkeit der Schaffung eines kleinen Reaktorkonverters im IEA (zusammen mit NPO Luch) im Jahr 1964. Es entstand ein Versuchsaufbau „Romashka“. Die im Kern freigesetzte Wärme erhitzte einen thermoelektrischen Wandler an der Außenfläche des Reaktors, der aus einer Vielzahl von Silizium-Germanium-Halbleiterscheiben bestand, während ihre andere Oberfläche durch einen Kühler gekühlt wurde. Die elektrische Leistung betrug 500 Watt. bei einer Reaktorwärmeleistung von 40 kW. Die Tests von „Chamomile“ wurden bald eingestellt, da bereits Tests im Kernkraftwerk BES-5 (Buk) mit viel höherer Leistung durchgeführt wurden. Die Entwicklung des Kernkraftwerks BES-5 mit einer elektrischen Leistung von 2800 W, das die Ausrüstung des Radaraufklärungsraumfahrzeugs US-A antreiben soll, begann 1961. bei NPO Krasnaya Zvezda unter der wissenschaftlichen Leitung des IPPE. Der Erstflug der Raumsonde US-A (3. Oktober 1970 „Cosmos-367“) verlief erfolglos – das Kernkraftwerk BES-5 arbeitete 110 Minuten. Danach schmolz der Reaktorkern. Die nächsten neun Starts des modifizierten Kernkraftwerks waren 1975 erfolgreich. KA US-A wurde von der Marine übernommen. Im Januar 1978 Aufgrund des Ausfalls der US-A-Raumsonde (Kosmos-954) fielen Fragmente des Kernkraftwerks Buk auf das Territorium Kanadas. Insgesamt wurden 32 Starts dieser Raumsonden durchgeführt (vor der Stilllegung im Jahr 1989). Das Kernkraftwerk nutzt den Effekt der thermionischen Emission von der Oberfläche eines ausreichend erhitzten Leiters. Um thermionische Hochleistungskonverter zu testen, wurde 1964 in Kiew eine Reaktorbasis geschaffen (die gleiche Basis erschien in Alma-Ata). 1970). Standortaufklärung, „Energovak-TsKBM“ (wissenschaftliche Leitung des RRC „Kurchatov-Institut“) entwickelte das Kernkraftwerk „Jenissei“ für den Fernsehsatelliten „Ekran-AM“. Das Kernkraftwerk „Topaz“ wurde zweimal im Weltraum an Bord der Raumsonde „Plasma-A“ getestet (2. Februar 1987). „Kosmos-1818“ und 10. Juli 1987. „Kosmos-1867“). Mit einer geschätzten Ressource von einem Jahr arbeitete Topaz bereits im zweiten Flug mehr als 11 Monate, aber die Starts hörten dort auf. Die Arbeiten am Kernkraftwerk „Jenissei“ wurden im Stadium der Bodentests eingestellt, da die Arbeiten an dem dafür vorgesehenen Raumschiff eingestellt wurden. Weitere Einzelheiten zu Kernenergiequellen für Raumfahrzeuge werden auf einer separaten Seite der Website beschrieben. Im Jahr 1970 NPO Energomash entwickelte einen Entwurf für ein Weltraum-Kernkraftwerk mit einem Gasphasenreaktor (mit einer Zone ohne Strömung von spaltbarem Material) EU-610 mit einer elektrischen Leistung von 3,3 GW. Die während der Arbeiten aufgetretenen Probleme ließen die Umsetzung dieses Vorhabens jedoch nicht zu. Im Jahr 1978 NPO Krasnaya Zvezda entwickelte technische Vorschläge für 2 Versionen des Kernantriebssystems Zarya-3 mit einer elektrischen Leistung von 24 kW und einer Lebensdauer von mehr als einem Jahr. Die erste Option ist eine Modifikation des Kernkraftwerks Topaz-1, die andere hatte ein originelles Schema (entfernte TPPs mit Wärmerohren). Die Arbeiten an den Anlagen wurden aufgrund der fehlenden Bindung an ein bestimmtes Raumschiff abgebrochen. Im Zeitraum 1981-86. Es wurden umfangreiche Entwurfs- und Versuchsarbeiten durchgeführt, die auf die grundsätzliche Möglichkeit hinweisen, die Lebensdauer von Kernkraftwerken auf bis zu 3-5 Jahre und die elektrische Leistung auf bis zu 600 kW zu verlängern. Im Jahr 1982 NPO Energia (TsKBEM) hat gemäß der Aufgabenstellung der Region Moskau einen technischen Vorschlag für einen nuklearen interorbitalen Schlepper Hercules mit einer elektrischen Leistung von 550 kW entwickelt, der in eine Referenzumlaufbahn mit einer Höhe von 200 km gestartet wird. Komplex "Energy-Buran" oder Trägerrakete "Proton". Im Jahr 1986 Es wurde ein technischer Vorschlag für den Einsatz eines Interorbitalschleppers mit nuklearem Antriebsmotor zum Transport von Nutzlasten mit einem Gewicht von bis zu 100 Tonnen in die Referenzbahn der Energia-Trägerrakete in die geostationäre Umlaufbahn entwickelt. Diese Arbeiten wurden jedoch nicht fortgesetzt. Daher wurde in der UdSSR nie ein wirklich funktionierendes nuklearelektrisches Antriebssystem geschaffen, obwohl Kernkraftwerke erfolgreich auf Serienraumfahrzeugen betrieben wurden. Das erste und einzige Raumschiff, das über ein Kernkraftwerk mit elektrischem Antriebsmotor verfügte, war die American Snapshot, die am 3. April 1965 gestartet wurde. Die elektrische Leistung des Reaktorkonverters betrug 650 W. Auf dem Gerät wurde ein experimenteller Ionenmotor installiert. Allerdings führte bereits das erste Einschalten des EJE (am 43. Flugtag) zu einer Notabschaltung des Reaktors. Der Grund dafür waren möglicherweise die Hochspannungsausfälle, die mit dem Betrieb des elektrischen Antriebsmotors einhergingen, wodurch ein falscher Befehl zum Zurücksetzen des Reaktorreflektors gesendet wurde, der zu dessen Blockierung führte. Im Jahr 1992 Die USA kauften zwei Kernkraftwerke in Jenissei von Russland. Einer der Reaktoren sollte 1995 in Betrieb genommen werden. in „Weltraumexperiment mit einem nuklearelektrischen Antriebssystem“. Allerdings im Jahr 1996 Das Projekt wurde geschlossen. In den Vereinigten Staaten werden seit 1952 im Los Alamos Laboratory Studien zum Problem der Schaffung von NRE durchgeführt. Im Jahr 1957 Die Arbeit am Rover-Programm begann. Anders als in der UdSSR, wo Element-für-Element-Tests von Brennelementen und anderen Motorelementen durchgeführt wurden, ging man in den USA den Weg, den gesamten Reaktor auf einmal zu entwickeln und zu testen. Der erste Reaktor mit dem Namen „Kiwi-A“ („KIWI-A“) wurde am 1. Juli 1959 getestet. auf einem speziellen Trainingsgelände in Nevada. Es handelte sich um einen homogenen Reaktor, dessen Kern aus ungeschützten Platten zusammengesetzt war, die aus einer Mischung aus Graphit und bis zu 90 % angereichertem Uran-235-Oxid bestanden. Als Neutronenmoderator diente schweres Wasser. Uranoxid konnte hohen Temperaturen nicht standhalten und der durch die Kanäle zwischen den Platten strömende Wasserstoff konnte nur auf 1600 Grad erhitzt werden. Die Leistung dieser Reaktoren betrug nur 100 MW. Die Kiwi-A-Tests wurden, wie alle folgenden, mit einer offenen Freisetzung durchgeführt. Die Aktivität der Abgasprodukte war gering und es gab praktisch keine Einschränkungen bei der Arbeit im Testgebiet. Die Reaktortests wurden am 7. Dezember 1961 abgeschlossen. (beim letzten Start wurde der Kern zerstört, es wurde die Freisetzung von Plattenfragmenten in den Abgasstrahl festgestellt). Die Ergebnisse von sechs „Heißtests“ des Atomraketentriebwerks erwiesen sich Anfang 1961 als sehr ermutigend. Es wurde ein Bericht über die Notwendigkeit erstellt, den Reaktor im Flug zu testen. Doch bald ließ der „Schwindel“ der ersten Erfolge nach und es wurde klar, dass es auf dem Weg zur Gründung des YARD viele Probleme gab, deren Lösung viel Zeit und Geld erfordern würde. Darüber hinaus haben Fortschritte bei der Entwicklung chemischer Triebwerke für Kampfraketen nur noch den Weltraumbereich für den Einsatz nuklearer Raketentriebwerke übrig gelassen. Trotz der Tatsache, dass mit dem Einzug der Kennedy-Regierung ins Weiße Haus (1961) die Arbeit an Flugzeugen mit Atommotor eingestellt wurde, wurde das Rover-Programm als „eine der vier Prioritäten bei der Eroberung des Weltraums“ bezeichnet und weiterentwickelt. Die neuen Programme „Rift“ (RIFT – Reactor In Flight Test – ein Reaktor in einem Testflug) und „Nerva“ (NERVA – Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) wurden übernommen, um eine Flugversion des NRE zu erstellen. Die Tests der Reaktoren der Kiwi-Serie wurden fortgesetzt. 1. September 1962 Getestet wurde „Kiwi-V“ mit einer Leistung von 1100 MW, der mit flüssigem Wasserstoff betrieben wird. Uranoxid wurde durch ein hitzebeständigeres Karbid ersetzt, außerdem wurden die Stäbe mit Niobkarbid beschichtet, aber während des Tests begann der Reaktor beim Versuch, die Auslegungstemperatur zu erreichen, zusammenzubrechen (Bruchstücke der Platten begannen durch die Düse herauszufliegen). Der nächste Start erfolgte am 30. November 1962. aber nach 260sec. Der Versuch wurde aufgrund starker Vibrationen im Inneren des Reaktors und Flammenblitzen im Abgasstrahl abgebrochen. Als Folge dieser Misserfolge wurde die für 1963 geplante. Tests der Kiwi-V-Reaktoren wurden auf nächstes Jahr verschoben. Im August 1964 Bei einem weiteren Test lief das Triebwerk mehr als acht Minuten lang mit einer Leistung von 900 MW und entwickelte dabei einen Schub von 22,7 Tonnen. bei einer Ausströmgeschwindigkeit von 7500 m/s. Ganz am Anfang des Jahres 1965. Der letzte Test wurde durchgeführt, bei dem der Reaktor zerstört wurde. Er wurde durch eine schnelle „Beschleunigung“ gezielt zur Explosion gebracht. Wenn der Übergang des Reaktors von Nullleistung auf volle Leistung normalerweise mehrere zehn Sekunden dauert, wurde die Dauer eines solchen Übergangs bei diesem Test nur durch die Trägheit der Steuerstäbe bestimmt, und etwa 44 Millisekunden nach der Überführung in die volle Leistungsstellung kam es zu einer Explosion, die 50–60 kg entsprach. Trinitrotoluol. Das Rift-Programm beinhaltete den Start einer Saturn-V-Rakete mit einem Versuchsreaktor entlang einer ballistischen Flugbahn in eine Höhe von bis zu 1000 km. und ihr anschließender Sturz in den südlichen Teil des Atlantischen Ozeans. Vor dem Eintritt ins Wasser sollte der YARD-Reaktor gesprengt werden (über Strahlenschutz dachten damals nur wenige Menschen). Doch von Jahr zu Jahr verzögerte sich die Umsetzung des Programms und wurde schließlich nie umgesetzt. In der ersten Phase der Arbeit am NERVA-Motor basierten sie auf einem leicht modifizierten Kiwi-V-Reaktor namens NERVA-NRX (Nuclear Rocket Experimental – experimentelle Atomrakete). Da zu diesem Zeitpunkt noch kein Material gefunden wurde, das bei 2700–3000 Grad funktionieren könnte. und um der Zerstörung durch heißen Wasserstoff zu widerstehen, wurde eine Reduzierung beschlossen Betriebstemperatur und der spezifische Impuls war auf 8400 m/s begrenzt. Die Tests des Reaktors begannen 1964, sie erreichten eine Leistung von 1000 MW, eine Schubkraft von etwa 22,5 Tonnen. Strömungsgeschwindigkeit über 7000m/s. Im Jahr 1966 Erstmals wurde der Motor bei voller Leistung von 1100 MW getestet. Wo er 28 Minuten lang arbeitete. (von 110 Minuten Arbeit). Die Wasserstofftemperatur am Ausgang des Reaktors erreichte 2000 Grad, der Schub betrug 20 Tonnen. In der nächsten Phase des Programms sollten leistungsstärkere Phoebus-Reaktoren (Phoebus und dann Pewee) eingesetzt werden. Die Entwicklung verbesserter Festphasen-Graphitreaktoren für den NERVA-Motor im Rahmen des Phoebus-Programms wird seit 1963 im Los Alamos Laboratory durchgeführt. Der erste dieser Reaktoren hat ungefähr die gleichen Abmessungen wie der Kiwi-V (Durchmesser 0,813 m, Länge 1,395 m), ist aber für etwa die doppelte Leistung ausgelegt. Auf Basis dieses Reaktors war die Entwicklung des NERVA-1-Motors geplant. Die nächste Modifikation mit einer Leistung von etwa 4000–5000 MW sollte für den NERVA-2-Motor verwendet werden. Dieser Motor hat eine Schubkraft im Bereich von 90-110 t. sollte eine Ausströmgeschwindigkeit von bis zu 9000 m/s haben. Die Höhe des Motors beträgt ca. 12 m. Außendurchmesser- 1,8m. Verbrauch des Arbeitsmediums 136kg/s. Das Gewicht des NERVA-2-Motors betrug etwa 13,6 Tonnen. Aufgrund finanzieller Schwierigkeiten wurde der NERVA-2-Motor bald aufgegeben und auf die Konstruktion des NERVA-1-Motors mit erhöhter Leistung und einem Schub von 34 Tonnen umgestellt. Strömungsgeschwindigkeit 8250m/s. Der erste Test des NRX-A6-Reaktors für dieses Triebwerk wurde am 15. Dezember 1967 durchgeführt. Im Juni 1969 Es fanden die ersten Heißtests des experimentellen NERVA XE-Motors mit einer Schubkraft von 22,7 Tonnen statt. Gesamtzeit Der Motorbetrieb betrug 115 Minuten, es wurden 28 Starts durchgeführt. YARD „NERVA-1“ verfügte über einen homogenen Reaktor mit einer aktiven Zone mit einem Durchmesser von 1 m. und eine Höhe von 1,8m. bestehend aus 1800 sechseckigen Brennstäben (die Konzentration an Kernbrennstoff beträgt 200 - 700 mg/cm³). Der Reaktor hatte einen etwa 150 mm dicken Ringreflektor aus Berylliumoxid. Der Energiebehälter des Reaktors besteht aus einer Aluminiumlegierung, der innere Strahlungsschild besteht aus Verbundmaterial (Borcarbid-Aluminium-Titanhydrid). Zwischen den Reaktor- und Turbopumpeneinheiten befindet sich eine zusätzliche äußerer Schutz . Die NASA hielt das Triebwerk für eine geplante Mission zum Mars für geeignet. Es sollte auf der Oberstufe der Saturn-5-Trägerrakete installiert werden. Ein solcher Träger könnte zwei- bis dreimal mehr Nutzlast in den Weltraum befördern als seine rein chemische Version. Doch der größte Teil des amerikanischen Raumfahrtprogramms wurde von der Nixon-Regierung eingestellt. Und die Kündigung im Jahr 1970. Die Produktion von Saturn-5-Raketen beendete das Programm zum Einsatz nuklearer Raketentriebwerke. In Los Alamos wurden die Arbeiten an Pewee-Motoren im Rahmen des Rover-Programms bis 1972 fortgesetzt. Danach wurde das Programm endgültig geschlossen. Der Hauptunterschied zwischen unseren YARDs und den amerikanischen besteht darin, dass sie heterogen waren. In homogenen (homogenen) Reaktoren werden Kernbrennstoff und Moderator gemischt. In der heimischen NRE war der Kernbrennstoff in Brennelementen (getrennt vom Moderator) konzentriert und in einer Schutzhülle eingeschlossen, so dass der Moderator bei deutlich niedrigeren Temperaturen arbeitete als in amerikanischen Reaktoren. Dies ermöglichte den Verzicht auf Graphit und den Einsatz von Zirkoniumhydrid als Moderator. Dadurch erwies sich der Reaktor als wesentlich kompakter und leichter als der Graphitreaktor. Zusammen mit der von sowjetischen Konstrukteuren gefundenen Form der Stäbe (vierlappiger Querschnitt und verdrehte Länge) ermöglichte dies, den Uranverlust durch die Zerstörung der Stäbe deutlich zu reduzieren (die Zerstörung konnte nicht vollständig beseitigt werden). Derzeit verfügen nur die USA und Russland über umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung und dem Bau von Festphasen-NREs und werden bei Bedarf in der Lage sein, solche Motoren in kurzer Zeit und zu einem akzeptablen Preis herzustellen. Die Reaktorkomplexe IGR und IVG-1 gehören heute zum Nationalen Nuklearzentrum der Republik Kasachstan. Die Ausrüstung wird in einem relativ betriebsbereiten Zustand gehalten. Es ist möglich, dass die Wiederaufnahme der Arbeiten an den Flugprogrammen zum Mond und zum Mars das Interesse an Festphasen-Atomraketentriebwerken wiederbeleben wird. Darüber hinaus kann der Einsatz von NRE die Grenzen der Erforschung des Sonnensystems erheblich erweitern und die Zeit verkürzen, die zum Erreichen entfernter Planeten erforderlich ist. In 2010 Der russische Präsident Medwedew ordnete die Schaffung eines Raumtransport- und Energiemoduls auf Basis eines Kernkraftwerks mit ionenelektrischem Antrieb an. Der Reaktor wird von NIKIET gebaut. Das Keldysh Center wird ein Kernkraftwerk errichten und RSC Energia wird das Transport- und Energiemodul selbst errichten. Die elektrische Ausgangsleistung des Gasturbinenkonverters beträgt im Nennmodus 100–150 kW. Als RT soll Xenon zum Einsatz kommen. ERD-spezifischer Impuls 9000–50000 m/Sek. Ressource 1,5-3 Jahre. Die Masse und Abmessungen der Anlage sollten den Einsatz der Trägerraketen Proton und Angara für den Start ermöglichen. Die Bodenerprobung eines funktionsfähigen Prototyps wird 2014 beginnen, und bis 2017 wird der Nuklearmotor für den Start in den Weltraum bereit sein (die NASA startete ebenfalls 2003 ein ähnliches Programm, doch dann wurde die Finanzierung eingestellt). Die Entwicklung des gesamten Projekts wird 17 Milliarden Rubel erfordern. Kommt Zeit, kommt Rat.
Hüten Sie sich vor vielen Briefen.
Bis 2025 soll ein Flugmodell eines Raumfahrzeugs mit einem Kernkraftwerk (KKW) in Russland entstehen. Die entsprechenden Arbeiten sind im Entwurf des Bundesraumfahrtprogramms 2016–2025 (FKP-25) enthalten, der von Roskosmos den Ministerien zur Genehmigung vorgelegt wurde.
Kernenergiesysteme gelten als die wichtigsten vielversprechenden Energiequellen im Weltraum bei der Planung groß angelegter interplanetarer Expeditionen. Kernkraftwerke, die derzeit von Rosatom-Unternehmen entwickelt werden, können künftig Megawattleistung im Weltraum bereitstellen.
Alle Arbeiten zur Errichtung von Kernkraftwerken verlaufen termingerecht. „Wir können mit großer Zuversicht sagen, dass die Arbeiten innerhalb des im Zielprogramm festgelegten Zeitrahmens abgeschlossen werden“, sagt Andrey Ivanov, Projektleiter der Kommunikationsabteilung des Staatskonzerns Rosatom.
Im Rahmen des Projekts wurden kürzlich zwei wichtige Etappen durchlaufen: Es wurde ein einzigartiges Design des Brennelements geschaffen, das die Funktionsfähigkeit bei hohen Temperaturen, großen Temperaturgradienten und hochdosierter Bestrahlung gewährleistet. Auch die technologischen Tests des Reaktorgefäßes des künftigen Weltraumkraftwerks wurden erfolgreich abgeschlossen. Im Rahmen dieser Tests wurde der Körper unter Druck gesetzt und 3D-Messungen in den Bereichen Grundmetall, Rundschweißung und Konusübergang durchgeführt.
Funktionsprinzip. Geschichte der Schöpfung.
MIT Kernreaktor Es gibt keine grundsätzlichen Schwierigkeiten für Weltraumanwendungen. In der Zeit von 1962 bis 1993 wurden in unserem Land reiche Erfahrungen in der Herstellung ähnlicher Anlagen gesammelt. Ähnliche Arbeiten wurden in den USA durchgeführt. Seit Anfang der 1960er Jahre wurden weltweit verschiedene Arten elektrischer Strahltriebwerke entwickelt: Ionenstrahltriebwerke, stationäre Plasmatriebwerke, Anodenschichttriebwerke, gepulste Plasmatriebwerke, Magnetoplasmatriebwerke und magnetoplasmodynamische Triebwerke.
Im letzten Jahrhundert wurde in der UdSSR und den USA aktiv an der Entwicklung von Kerntriebwerken für Raumfahrzeuge gearbeitet: Die Amerikaner schlossen das Projekt 1994 ab, die UdSSR 1988. hat wesentlich zur Schließung beigetragen Tschernobyl Katastrophe, was die öffentliche Meinung hinsichtlich der Nutzung der Kernenergie negativ beeinflusste. Darüber hinaus fanden Tests nuklearer Anlagen im Weltraum nicht immer regelmäßig statt: 1978 drang der sowjetische Satellit Kosmos-954 in die Atmosphäre ein, zerfiel und zerstreute Tausende radioaktiver Fragmente über eine Fläche von 100.000 Quadratmetern. km im Nordwesten Kanadas. die Sowjetunion Kanada bezahlt Entschädigungszahlungüber 10 Millionen US-Dollar.
Im Mai 1988 machten zwei Organisationen – die Federation of American Scientists und das Committee of Sowjet Scientists for Peace Against the Nuclear Threat – einen gemeinsamen Vorschlag, die Nutzung der Kernenergie im Weltraum zu verbieten. Dieser Vorschlag erhielt keine formellen Konsequenzen, aber seitdem hat kein Land ein Raumschiff mit Kernkraftwerken an Bord gestartet.
Die großen Vorteile des Projekts sind praktisch von Bedeutung Leistungsmerkmale- hohe Ressourcen (10 Betriebsjahre), ein langes Überholungsintervall und eine lange Betriebszeit bei einer Einbeziehung.
Im Jahr 2010 wurden technische Vorschläge für das Projekt formuliert. Der Entwurf begann dieses Jahr.
Das Kernkraftwerk enthält drei Hauptgeräte: 1) eine Reaktoranlage mit einem Arbeitsmedium und Hilfsgeräten (Wärmetauscher-Rekuperator und Turbogenerator-Kompressor); 2) elektrisches Raketenantriebssystem; 3) Kühlschrank-Emitter.
Reaktor.
Aus physikalischer Sicht handelt es sich um einen kompakten gasgekühlten Reaktor für schnelle Neutronen.
Der verwendete Brennstoff ist eine Verbindung (Dioxid oder Carbonitrid) von Uran, aber da die Konstruktion sehr kompakt sein muss, weist Uran eine höhere Anreicherung des 235-Isotops auf als in Brennstäben in konventionellen (zivilen) Kernkraftwerken, vielleicht über 20 %. Und ihre Hülle ist eine monokristalline Legierung aus hochschmelzenden Metallen auf Molybdänbasis.
Dieser Kraftstoff muss bei sehr hohen Temperaturen funktionieren. Daher war es notwendig, Materialien zu wählen, die in der Lage sind, die mit der Temperatur verbundenen negativen Faktoren einzudämmen und gleichzeitig dem Brennstoff die Erfüllung seiner Hauptfunktion zu ermöglichen – das Erhitzen des gasförmigen Kühlmittels, das zur Stromerzeugung verwendet wird.
Kühlschrank.
Eine Gaskühlung während des Betriebs einer Kernanlage ist unbedingt erforderlich. Wie leitet man Wärme in den Weltraum ab? Die einzige Möglichkeit ist Strahlungskühlung. Die erhitzte Oberfläche im Hohlraum wird durch Strahlung gekühlt Elektromagnetische Wellenüber einen weiten Bereich, einschließlich sichtbarem Licht. Die Einzigartigkeit des Projekts liegt in der Verwendung eines speziellen Kühlmittels – einer Helium-Xenon-Mischung. Die Installation bietet eine hohe Effizienz.
Motor.
Das Funktionsprinzip des Ionenmotors ist wie folgt. In der Gasentladungskammer wird mit Hilfe von Anoden und einem im Magnetfeld befindlichen Kathodenblock ein verdünntes Plasma erzeugt. Ionen des Arbeitsmediums (Xenon oder andere Substanz) werden von der Emissionselektrode daraus „angesaugt“ und im Spalt zwischen ihr und der Beschleunigungselektrode beschleunigt.
Für die Umsetzung des Plans wurden im Zeitraum 2010 bis 2018 17 Milliarden Rubel versprochen. Davon waren 7,245 Milliarden Rubel für den Staatskonzern Rosatom für den Bau des Reaktors vorgesehen. Weitere 3,955 Milliarden - FSUE „Center of Keldysh“ für den Bau eines Kernkraftwerks. Weitere 5,8 Milliarden Rubel gehen an RSC Energia, wo im gleichen Zeitraum das Arbeitsbild des gesamten Transport- und Energiemoduls erstellt werden muss.
Den Plänen zufolge soll bis Ende 2017 ein Kernkraftwerk zur Fertigstellung des Transport- und Energiemoduls (interplanetares Flugmodul) vorbereitet werden. Bis Ende 2018 wird das Kernkraftwerk für Flugtests bereit sein. Das Projekt wird aus dem Bundeshaushalt finanziert.
Es ist kein Geheimnis, dass bereits in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts in den USA und in der UdSSR mit der Entwicklung nuklearer Raketentriebwerke begonnen wurde. Wie weit sind sie gekommen? Und auf welche Herausforderungen sind Sie dabei gestoßen?
Anatoly Koroteev: Tatsächlich begannen die Arbeiten zur Nutzung der Kernenergie im Weltraum in unserem Land und in den Vereinigten Staaten in den 1960er und 70er Jahren und wurden aktiv durchgeführt.
Ursprünglich bestand die Aufgabe darin, Raketentriebwerke zu entwickeln, die anstelle der chemischen Energie der Verbrennung von Treibstoff und Oxidationsmittel die Erhitzung von Wasserstoff auf eine Temperatur von etwa 3000 Grad nutzen würden. Es stellte sich jedoch heraus, dass ein solch direkter Weg immer noch ineffizient ist. Wir bekommen für kurze Zeit einen hohen Schub, stoßen aber gleichzeitig einen Strahl aus, der sich im Falle eines anormalen Betriebs des Reaktors als radioaktiv verseucht herausstellen kann.
Es wurden einige Erfahrungen gesammelt, aber weder wir noch die Amerikaner waren damals in der Lage, zuverlässige Motoren zu entwickeln. Sie haben funktioniert, aber nicht genug, denn das Erhitzen von Wasserstoff auf 3000 Grad in einem Kernreaktor ist eine ernste Aufgabe. Darüber hinaus gab es bei Bodentests solcher Triebwerke Umweltprobleme, da radioaktive Strahlen in die Atmosphäre abgegeben wurden. Es ist kein Geheimnis mehr, dass solche Arbeiten auf dem speziell für Atomtests vorbereiteten Testgelände Semipalatinsk durchgeführt wurden, das in Kasachstan verblieb.
Das heißt, zwei Parameter erwiesen sich als kritisch – prohibitive Temperatur und Strahlungsemissionen?
Anatoly Koroteev: Im Allgemeinen ja. Aus diesen und einigen anderen Gründen wurde die Arbeit in unserem Land und in den Vereinigten Staaten eingestellt oder ausgesetzt – dies kann unterschiedlich beurteilt werden. Und es schien uns unvernünftig, sie so, ich würde sagen frontal, wieder aufzunehmen, um einen Atommotor mit allen bereits erwähnten Mängeln herzustellen. Wir haben einen völlig anderen Ansatz vorgeschlagen. Es unterscheidet sich vom alten in der gleichen Weise, wie sich ein Hybridauto von einem herkömmlichen unterscheidet. Bei einem konventionellen Auto dreht der Motor die Räder, während bei Hybridautos Strom vom Motor erzeugt wird und dieser Strom die Räder antreibt. Das heißt, es entsteht ein gewisses Zwischenkraftwerk.
Deshalb haben wir ein Schema vorgeschlagen, bei dem der Weltraumreaktor den von ihm ausgestoßenen Strahl nicht erhitzt, sondern Strom erzeugt. Das heiße Gas aus dem Reaktor treibt die Turbine an, die Turbine treibt den elektrischen Generator und den Kompressor an, der das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Der Generator hingegen erzeugt Strom für einen Plasmamotor mit einem spezifischen Schub, der 20-mal höher ist als der chemischer Gegenstücke.
Intelligentes Schema. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um ein Mini-Atomkraftwerk im Weltraum. Und was sind seine Vorteile gegenüber einem Staustrahl-Atomtriebwerk?
Anatoly Koroteev: Die Hauptsache ist, dass der Strahl, der aus dem neuen Triebwerk austritt, nicht radioaktiv ist, da ein völlig anderes Arbeitsmedium durch den Reaktor strömt, der in einem geschlossenen Kreislauf enthalten ist.
Außerdem müssen wir den Wasserstoff bei diesem Schema nicht auf extreme Werte erhitzen: Im Reaktor zirkuliert ein inertes Arbeitsmedium, das sich auf bis zu 1500 Grad erhitzt. Wir vereinfachen unsere Aufgabe erheblich. Dadurch erhöhen wir den spezifischen Schub im Vergleich zu Chemiemotoren nicht um das Doppelte, sondern um das 20-fache.
Wichtig ist auch noch etwas: Es sind keine aufwändigen Großtests erforderlich, die die Infrastruktur des ehemaligen Testgeländes Semipalatinsk, insbesondere die in der Stadt Kurtschatow verbliebene Laborbasis, erfordern.
In unserem Fall können alle notwendigen Tests auf dem Territorium Russlands durchgeführt werden, ohne sich auf lange internationale Verhandlungen über die Nutzung der Kernenergie außerhalb unseres Staates einzulassen.
Werden ähnliche Arbeiten in anderen Ländern durchgeführt?
Anatoly Koroteev: Ich hatte ein Treffen mit dem stellvertretenden Chef der NASA, wir haben Fragen im Zusammenhang mit der Wiederaufnahme der Arbeit an der Kernenergie im Weltraum besprochen und er sagte, dass die Amerikaner großes Interesse daran zeigen.
Es ist durchaus möglich, dass China auch seinerseits mit aktiven Maßnahmen reagieren kann, daher ist schnelles Handeln erforderlich. Und das nicht nur, um jemandem einen halben Schritt voraus zu sein.
Wir müssen zuallererst schnell arbeiten, damit wir in der entstehenden internationalen Zusammenarbeit, und faktisch entsteht sie, würdig aussehen.
Ich schließe nicht aus, dass in naher Zukunft ein internationales Programm für ein nukleares Weltraumkraftwerk gestartet wird, ähnlich dem Programm zur kontrollierten Kernfusion, das derzeit umgesetzt wird.