Conception de moteurs de fusée utilisant du combustible nucléaire. La physique nucléaire à portée de main

21.09.2019

Tout a commencé avec un avion atmosphérique équipé d'un moteur nucléaire à statoréacteur

Aux États-Unis et en URSS, les concepteurs envisageaient des installations nucléaires « respirantes » capables d’aspirer l’air extérieur et de le chauffer à des températures colossales. Probablement, ce principe de génération de poussée a été emprunté aux statoréacteurs, mais au lieu de carburant de fuséeénergie de fission utilisée noyaux atomiques dioxyde d'uranium 235.

Aux États-Unis, un tel moteur a été développé dans le cadre du projet Pluto. Les Américains ont réussi à créer deux prototypes du nouveau moteur - Tory-IIA et Tory-IIC, qui alimentaient même les réacteurs. La capacité de l'installation était censée être de 600 mégawatts.

Les moteurs développés dans le cadre du projet Pluto devaient être installés sur des missiles de croisière, créés dans les années 1950 sous la désignation SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, missile supersonique à basse altitude).

Les États-Unis prévoyaient de construire une fusée de 26,8 mètres de long, de trois mètres de diamètre et pesant 28 tonnes. Le corps de la fusée était censé contenir une ogive nucléaire, ainsi qu'un système de propulsion nucléaire d'une longueur de 1,6 mètre et d'un diamètre de 1,5 mètre. Par rapport à d’autres tailles, l’installation semblait très compacte, ce qui explique son principe de fonctionnement à flux direct.

Les développeurs pensaient que, grâce au moteur nucléaire, la portée de vol du missile SLAM serait d'au moins 182 000 kilomètres.

En 1964, le département américain de la Défense met fin au projet. La raison officielle était qu'en vol, un missile de croisière à propulsion nucléaire pollue trop tout ce qui l'entoure. Mais en fait, la raison en était les coûts importants liés à l'entretien de ces fusées, d'autant plus qu'à cette époque, les fusées se développaient rapidement sur la base de moteurs-fusées à propergol liquide, dont l'entretien était beaucoup moins cher.

L'URSS est restée fidèle à l'idée de créer un statoréacteur pour un moteur nucléaire beaucoup plus longtemps que les États-Unis, clôturant le projet seulement en 1985. Mais les résultats se sont révélés bien plus significatifs. Ainsi, le premier et unique moteur de fusée nucléaire soviétique a été développé au bureau d'études Khimavtomatika, à Voronej. Il s'agit du RD-0410 (indice GRAU - 11B91, également connu sous le nom de « Irbit » et « IR-100 »).

Le RD-0410 utilisait un réacteur à neutrons thermiques hétérogène, le modérateur était de l'hydrure de zirconium, les réflecteurs de neutrons étaient en béryllium, le combustible nucléaire était un matériau à base d'uranium et de carbures de tungstène, avec un enrichissement d'environ 80 % en isotope 235.

La conception comprenait 37 assemblages combustibles, recouverts d'une isolation thermique qui les séparait du modérateur. Le projet prévoyait que le flux d'hydrogène traversait d'abord le réflecteur et le modérateur, maintenant leur température à température ambiante, puis pénétrait dans le cœur, où il refroidissait les assemblages combustibles, chauffant jusqu'à 3 100 K. Sur le stand, le réflecteur et le modérateur étaient refroidi par un flux d'hydrogène séparé.

Le réacteur a subi une série de tests importants, mais n'a jamais été testé pendant toute sa durée de fonctionnement. Cependant, les composants extérieurs du réacteur étaient complètement épuisés.

Caractéristiques techniques du RD 0410

Poussée dans le vide : 3,59 tf (35,2 kN)
Puissance thermique du réacteur : 196 MW
Impulsion de poussée spécifique dans le vide : 910 kgf s/kg (8 927 m/s)
Nombre de démarrages : 10
Ressource de travail : 1 heure
Composants du carburant : fluide de travail - hydrogène liquide, substance auxiliaire - heptane
Poids avec radioprotection : 2 tonnes
Dimensions du moteur : hauteur 3,5 m, diamètre 1,6 m.

Encombrement et poids relativement faibles, température élevée du combustible nucléaire (3 100 K) à système efficace le refroidissement par un flux d'hydrogène indique que le RD0410 est un prototype presque idéal de moteur de propulsion nucléaire pour les missiles de croisière modernes. Et, considérant technologies modernes obtenir du combustible nucléaire à arrêt automatique, augmenter la ressource d'une heure à plusieurs heures est une tâche bien réelle.

Conceptions de moteurs de fusée nucléaire

Moteur de fusée nucléaire (NRE) - moteur d'avion, dans lequel l'énergie provenant de réaction nucléaire désintégration ou synthèse, chauffe le fluide de travail (le plus souvent de l'hydrogène ou de l'ammoniac).

Il existe trois types de moteurs de propulsion nucléaire selon le type de combustible du réacteur :

phase solide;
phase liquide;
phase gazeuse.

La plus complète est la version à phase solide du moteur. La figure montre un schéma du moteur nucléaire le plus simple avec un réacteur à combustible nucléaire solide. Le fluide de travail est situé dans un réservoir externe. À l'aide d'une pompe, il est acheminé vers la chambre moteur. Dans la chambre, le fluide de travail est pulvérisé à l'aide de buses et entre en contact avec le combustible nucléaire générateur de combustible. Lorsqu'il est chauffé, il se dilate et s'envole hors de la chambre à travers la buse à grande vitesse.

Dans les moteurs à propergol nucléaire en phase gazeuse, le combustible (par exemple l'uranium) et le fluide de travail sont à l'état gazeux (sous forme de plasma) et sont conservés dans espace de travail Champ électromagnétique. Le plasma d'uranium chauffé à des dizaines de milliers de degrés transfère de la chaleur au fluide de travail (par exemple, l'hydrogène), qui, à son tour, chauffé à des températures élevées, forme un jet.

Selon le type de réaction nucléaire, on distingue un moteur-fusée radio-isotopique, un moteur-fusée thermonucléaire et un moteur nucléaire lui-même (l'énergie de la fission nucléaire est utilisée).

Une option intéressante est également un moteur de fusée nucléaire pulsé - il est proposé d'utiliser une charge nucléaire comme source d'énergie (carburant). De telles installations peuvent être de types internes et externes.

Les principaux avantages des moteurs nucléaires sont :

impulsion spécifique élevée ;
d'importantes réserves d'énergie ;
compacité du système de propulsion ;
la possibilité d'obtenir des poussées très élevées - des dizaines, des centaines et des milliers de tonnes dans le vide.

Le principal inconvénient est le risque élevé de rayonnement du système de propulsion :

flux de rayonnements pénétrants (rayonnement gamma, neutrons) lors de réactions nucléaires ;
élimination des composés hautement radioactifs de l'uranium et de ses alliages ;
sortie de gaz radioactifs avec le fluide de travail.

Système de propulsion nucléaire

Considérant que toute information fiable sur les centrales nucléaires provenant de publications, notamment de articles scientifiques, il est impossible à obtenir, le principe de fonctionnement de telles installations est mieux étudié à l'aide d'exemples de documents de brevets ouverts, bien qu'ils contiennent un savoir-faire.

Par exemple, l'éminent scientifique russe Anatoly Sazonovich Koroteev, auteur de l'invention brevetée, a fourni une solution technique pour la composition de l'équipement d'un YARDU moderne. Ci-dessous je présente une partie dudit document brevet textuellement et sans commentaire.

L'essence de la solution technique proposée est illustrée par le schéma présenté dans le dessin. Un système de propulsion nucléaire fonctionnant en mode propulsion-énergie contient un système de propulsion électrique (EPS) (l'exemple de schéma montre deux moteurs-fusées électriques 1 et 2 avec les systèmes d'alimentation correspondants 3 et 4), une installation de réacteur 5, une turbine 6, un compresseur 7, un générateur 8, un échangeur-récupérateur de chaleur 9, un tube vortex de Ranck-Hilsch 10, un réfrigérateur-radiateur 11. Dans ce cas, la turbine 6, le compresseur 7 et le générateur 8 sont combinés en une seule unité - un turbogénérateur-compresseur. Le propulseur nucléaire est équipé de canalisations 12 de fluide moteur et de lignes électriques 13 reliant le générateur 8 et le propulseur électrique. L'échangeur-récupérateur de chaleur 9 comporte des entrées de fluide de travail dites haute température 14 et basse température 15, ainsi que des sorties de fluide de travail haute température 16 et basse température 17.
La sortie du bloc réacteur 5 est reliée à l'entrée de la turbine 6, la sortie de la turbine 6 est reliée à l'entrée haute température 14 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9. La sortie basse température 15 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 est reliée à l'entrée du tube vortex de Ranck-Hilsch 10. Le tube vortex de Ranck-Hilsch 10 comporte deux sorties dont l'une (via le fluide de travail « chaud ») est reliée au radiateur réfrigérateur 11, et l'autre (via le fluide de travail « chaud ») est reliée au radiateur réfrigérateur 11, et l'autre ( via le fluide de travail « froid ») est reliée à l'entrée du compresseur 7. La sortie du radiateur réfrigérateur 11 est également reliée à l'entrée du compresseur 7. La sortie du compresseur 7 est reliée à l'entrée basse température 15 du échangeur-récupérateur de chaleur 9. La sortie haute température 16 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 est reliée à l'entrée de l'installation réacteur 5. Ainsi, les principaux éléments de la centrale nucléaire sont interconnectés par un circuit unique du fluide de travail .
La centrale nucléaire fonctionne de la manière suivante. Le fluide moteur chauffé dans l'installation réacteur 5 est envoyé vers la turbine 6, qui assure le fonctionnement du compresseur 7 et du générateur 8 du turbogénérateur-compresseur. Le générateur 8 génère de l'énergie électrique, qui lignes électriques 13 est destiné aux moteurs-fusées électriques 1 et 2 et à leurs systèmes d'alimentation 3 et 4, assurant leur fonctionnement. Après avoir quitté la turbine 6, le fluide de travail est envoyé par l'entrée haute température 14 vers l'échangeur-récupérateur de chaleur 9, où le fluide de travail est partiellement refroidi.
Ensuite, depuis la sortie basse température 17 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9, le fluide de travail est dirigé dans le tube vortex Ranque-Hilsch 10, à l'intérieur duquel le flux de fluide de travail est divisé en composants « chaud » et « froid ». La partie « chaude » du fluide de travail se dirige ensuite vers le réfrigérateur-émetteur 11, où cette partie du fluide de travail est efficacement refroidie. La partie « froide » du fluide de travail va à l'entrée du compresseur 7, et après refroidissement, la partie du fluide de travail sortant du réfrigérateur rayonnant 11 y suit également.
Le compresseur 7 fournit le fluide de travail refroidi à l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 par l'entrée basse température 15. Ce fluide de travail refroidi dans l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 assure un refroidissement partiel du contre-courant du fluide de travail entrant dans l'échangeur-récupérateur de chaleur. 9 de la turbine 6 à travers l'entrée haute température 14. Ensuite, le fluide de travail partiellement chauffé (en raison de l'échange thermique avec le contre-courant du fluide de travail de la turbine 6) de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 à travers le haute température la sortie 16 entre à nouveau dans l'installation réacteur 5, le cycle se répète à nouveau.
Ainsi, un seul fluide de travail situé en boucle fermée fournit travail continu Système de propulsion nucléaire, et l'utilisation d'un tube vortex de Ranque-Hilsch dans le système de propulsion nucléaire conformément à la solution technique revendiquée améliore les caractéristiques de poids et de taille du système de propulsion nucléaire, augmente la fiabilité de son fonctionnement, simplifie sa conception et rend il est possible d'augmenter l'efficacité du système de propulsion nucléaire dans son ensemble.

Liens:

Moteur de fusée dans lequel le fluide de travail est soit une substance (par exemple de l'hydrogène) chauffée par l'énergie libérée lors d'une réaction nucléaire ou d'une désintégration radioactive, soit directement les produits de ces réactions. Distinguer... ... Grand dictionnaire encyclopédique

moteur de fusée nucléaire- 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

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Un moteur à réaction dont la source d’énergie et le fluide de travail se trouvent dans le véhicule lui-même. Le moteur-fusée est le seul pratiquement maîtrisé pour lancer une charge utile en orbite d'un satellite artificiel de la Terre et pour une utilisation dans ... ... Wikipedia

- (RD) Un moteur à réaction qui utilise pour son fonctionnement uniquement des substances et sources d'énergie disponibles en réserve sur un véhicule en mouvement (avion, sol, sous-marin). Ainsi, contrairement aux moteurs à réaction (Voir... ... Grande Encyclopédie Soviétique

Moteur de fusée isotopique, un moteur de fusée nucléaire qui utilise l'énergie de désintégration des isotopes radioactifs des produits chimiques. éléments. Cette énergie sert à chauffer le fluide de travail, ou le fluide de travail est constitué des produits de décomposition eux-mêmes, formant... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

À la fin de l'année dernière, les forces russes de missiles objectif stratégique testé une arme complètement nouvelle, dont l'existence était auparavant considérée comme impossible. Le missile de croisière à propulsion nucléaire, que les experts militaires appellent 9M730, est exactement la nouvelle arme dont a parlé le président Poutine dans son discours à l'Assemblée fédérale. Le test du missile a probablement été effectué sur le site de test Nouvelle terre, vers la fin de l'automne 2017, mais les données exactes ne seront pas déclassifiées de sitôt. Le développeur de la fusée est probablement également le Novator Experimental Design Bureau (Ekaterinbourg). Selon des sources compétentes, le missile a atteint la cible en mode normal et les tests ont été considérés comme totalement réussis. En outre, des photographies présumées du lancement (ci-dessus) d'une nouvelle fusée avec une centrale nucléaire et même une confirmation indirecte liées à la présence à l'heure prévue d'essais à proximité immédiate du site d'essai de l'Il-976 LII Gromov « volant laboratoire » portant la marque Rosatom est apparu dans les médias. Cependant, d’autres questions se sont posées. La capacité déclarée du missile à voler à une portée illimitée est-elle réaliste et comment y parvient-elle ?

Caractéristiques d'un missile de croisière doté d'une centrale nucléaire

Les caractéristiques d’un missile de croisière doté d’armes nucléaires, apparues dans les médias immédiatement après le discours de Vladimir Poutine, peuvent différer des vraies, qui seront connues plus tard. À ce jour, les données suivantes sur la taille et les caractéristiques de performance de la fusée sont devenues publiques :

Longueur
- page d'accueil- au moins 12 mètres,
- marcher- au moins 9 mètres,

Diamètre du corps de fusée- environ 1 mètre,
Largeur du boîtier- environ 1,5 mètres,
Hauteur de la queue- 3,6 - 3,8 mètres

Le principe de fonctionnement d'un missile de croisière à propulsion nucléaire russe

Le développement de missiles à propulsion nucléaire a été réalisé par plusieurs pays à la fois et le développement a commencé dans les années 1960. Les conceptions proposées par les ingénieurs ne différaient que par les détails ; de manière simplifiée, le principe de fonctionnement peut être décrit comme suit : le réacteur nucléaire chauffe le mélange entrant dans des conteneurs spéciaux ( différentes variantes, de l'ammoniac à l'hydrogène) suivi d'un rejet par des buses sous haute pression. Cependant, la version du missile de croisière dont il a parlé Président russe, ne correspond à aucun des exemples de conceptions développés précédemment.

Le fait est que, selon Poutine, le missile a une portée de vol presque illimitée. Bien entendu, cela ne peut pas signifier que le missile peut voler pendant des années, mais cela peut être considéré comme une indication directe que sa portée de vol est plusieurs fois supérieure à celle des missiles de croisière modernes. Le deuxième point, incontournable, concerne également la portée de vol illimitée déclarée et, par conséquent, le fonctionnement du groupe motopropulseur du missile de croisière. Par exemple, un réacteur à neutrons thermiques hétérogène, testé dans le moteur RD-0410, développé par Kurchatov, Keldysh et Korolev, avait une durée de vie d'essai de seulement 1 heure, et dans ce cas, il ne peut y avoir une portée de vol illimitée d'un tel missile de croisière à propulsion nucléaire.

Tout cela suggère que les scientifiques russes ont proposé un concept de structure complètement nouveau, jusqu'alors inconsidéré, dans lequel une substance qui a une ressource de consommation très économique sur de longues distances est utilisée pour le chauffage et son éjection ultérieure de la buse. A titre d'exemple, il pourrait s'agir d'un moteur nucléaire respiratoire (NARE) d'un type complètement nouveau, dans lequel la masse utile est air atmosphérique, pompé dans des réservoirs de travail par des compresseurs, chauffé par une installation nucléaire puis rejeté par des buses.

Il convient également de noter que le missile de croisière doté d'une centrale nucléaire annoncé par Vladimir Poutine peut survoler les zones actives des systèmes de défense aérienne et antimissile, ainsi que maintenir sa trajectoire vers la cible à basse et ultra-basse altitude. Cela n’est possible qu’en équipant le missile de systèmes de suivi du terrain résistants aux interférences créées par les systèmes de guerre électronique ennemis.

Toutes les quelques années, certains
le nouveau lieutenant-colonel découvre Pluton.
Après cela, il appelle le laboratoire,
pour connaître le sort futur du statoréacteur nucléaire.

C'est un sujet à la mode ces jours-ci, mais il me semble qu'un statoréacteur nucléaire est bien plus intéressant, car il n'a pas besoin d'emporter avec lui un fluide de travail.
Je suppose que le message du président concernait lui, mais pour une raison quelconque, tout le monde a commencé à publier sur le YARD aujourd'hui ???
Permettez-moi de tout rassembler ici en un seul endroit. Je vais vous le dire, des pensées intéressantes apparaissent lorsque vous lisez un sujet. Et des questions très inconfortables.

Un statoréacteur (statoréacteur; le terme anglais est statoréacteur, de ram - ram) est un moteur à réaction qui est le plus simple de la classe des moteurs à réaction aérobies (statoréacteurs) dans sa conception. Il appartient au type de moteurs à réaction à réaction directe, dans lesquels la poussée est créée uniquement par le jet s'écoulant de la tuyère. L'augmentation de pression nécessaire au fonctionnement du moteur est obtenue en freinant le flux d'air venant en sens inverse. Un statoréacteur est inopérant à basse vitesse de vol, en particulier à vitesse nulle ; pour l'amener à la puissance de fonctionnement, l'un ou l'autre accélérateur est nécessaire.

Dans la seconde moitié des années 1950, à l'époque guerre froide, aux USA et en URSS des projets de statoréacteurs avec réacteur nucléaire.

Photo par : Leicht modifié sur http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg

La source d'énergie de ces statoréacteurs (contrairement aux autres statoréacteurs) n'est pas réaction chimique combustion du combustible, mais la chaleur générée par un réacteur nucléaire dans la chambre de chauffage du fluide de travail. Air de dispositif d'entrée Dans un tel statoréacteur, il traverse le cœur du réacteur, le refroidit et se réchauffe jusqu'à température de fonctionnement(environ 3 000 K), puis s'écoule hors de la tuyère à une vitesse comparable aux débits des moteurs-fusées à propergol liquide chimique les plus avancés. Objectifs possibles d'un avion équipé d'un tel moteur :
- lanceur de croisière intercontinentale d'une charge nucléaire ;
- avions aérospatiaux à un étage.

Les deux pays ont créé des réacteurs nucléaires compacts, à faibles ressources, qui tiennent dans les dimensions d’une grande fusée. Aux États-Unis, dans le cadre des programmes de recherche sur les statoréacteurs nucléaires Pluto et Tory, des essais au banc d'essai du statoréacteur nucléaire Tory-IIC ont été réalisés en 1964 (mode pleine puissance 513 MW pendant cinq minutes avec une poussée de 156 kN). Aucun essai en vol n'a été effectué et le programme a été clôturé en juillet 1964. L'une des raisons de l'arrêt du programme était l'amélioration de la conception des missiles balistiques équipés de moteurs de fusée chimiques, qui garantissaient pleinement la solution des missions de combat sans recourir à des systèmes utilisant des statoréacteurs nucléaires relativement coûteux.
Il n'est plus habituel de parler du deuxième dans les sources russes maintenant...

Le projet Pluto était censé utiliser des tactiques de vol à basse altitude. Cette tactique garantissait la confidentialité des radars du système de défense aérienne de l'URSS.
Pour atteindre la vitesse à laquelle fonctionnerait un statoréacteur, Pluton devait être lancé depuis le sol à l’aide d’un ensemble de propulseurs de fusée conventionnels. Le lancement du réacteur nucléaire n'a commencé qu'après que Pluton ait atteint son altitude de croisière et ait été suffisamment éloigné des zones peuplées. Le moteur nucléaire, offrant une portée d'action presque illimitée, permettait à la fusée de voler en rond au-dessus de l'océan, en attendant l'ordre de passer à vitesse supersonique au but en URSS.

Conception du concept SLAM

Il a été décidé de procéder à un test statique d'un réacteur grandeur nature, destiné à un statoréacteur.
Le réacteur Pluton étant devenu extrêmement radioactif après son lancement, il a été livré au site d'essai via une ligne ferroviaire spécialement construite et entièrement automatisée. Le long de cette ligne, le réacteur s'est déplacé sur une distance d'environ trois kilomètres, qui séparait le banc d'essais statiques et l'immense bâtiment de « démantèlement ». Dans le bâtiment, le réacteur « chaud » a été démonté pour inspection à l'aide d'équipements télécommandés. Les scientifiques de Livermore ont surveillé le processus de test à l'aide d'un système de télévision situé dans un hangar en tôle loin du banc d'essai. Au cas où, le hangar était équipé d'un abri anti-radiation avec un approvisionnement en nourriture et en eau pour deux semaines.
Juste pour fournir le béton nécessaire à la construction des murs du bâtiment de démolition (dont l'épaisseur était de six à huit pieds), le gouvernement des États-Unis a acheté une mine entière.
Des millions de livres d’air comprimé étaient stockées dans 25 miles de conduites de production de pétrole. Cet air comprimé était censé être utilisé pour simuler les conditions dans lesquelles se trouve un statoréacteur lors d'un vol à vitesse de croisière.
Pour garantir une pression d'air élevée dans le système, le laboratoire a emprunté des compresseurs géants à la base sous-marine de Groton, dans le Connecticut.
Le test, au cours duquel l'unité a fonctionné à pleine puissance pendant cinq minutes, a nécessité de forcer une tonne d'air à travers des réservoirs en acier remplis de plus de 14 millions de billes d'acier de 4 cm de diamètre. Ces réservoirs ont été chauffés à 730 degrés à l'aide d'éléments chauffants, dans lesquels l'huile a été brûlée.

Installé sur une plateforme ferroviaire, Tori-2S est prêt pour des tests réussis. Mai 1964

Le 14 mai 1961, les ingénieurs et les scientifiques présents dans le hangar depuis lequel l'expérience était contrôlée retenaient leur souffle lorsque le premier statoréacteur nucléaire au monde, monté sur une plate-forme ferroviaire rouge vif, annonçait sa naissance dans un grand rugissement. Tori-2A n'a été lancé que pendant quelques secondes, pendant lesquelles il n'a pas développé sa puissance nominale. Cependant, le test a été considéré comme réussi. Le plus important était que le réacteur ne s'enflamme pas, ce qui était extrêmement redouté par certains représentants de la commission des énergie nucléaire. Presque immédiatement après les tests, Merkle a commencé à travailler à la création d'un deuxième réacteur conservateur, censé avoir plus de puissance avec moins de poids.
Les travaux sur Tori-2B n’ont pas dépassé la planche à dessin. Au lieu de cela, les Livermore ont immédiatement construit le Tory-2C, qui a brisé le silence du désert trois ans après avoir testé le premier réacteur. Une semaine plus tard, le réacteur a redémarré et a fonctionné à pleine puissance (513 mégawatts) pendant cinq minutes. Il s’est avéré que la radioactivité des gaz d’échappement était nettement inférieure à celle attendue. Ces tests ont également été suivis par des généraux de l'armée de l'air et des responsables du Comité de l'énergie atomique.

A cette époque, les clients du Pentagone qui finançaient le projet Pluto commençaient à être pris de doutes. Étant donné que le missile a été lancé depuis le territoire américain et a survolé le territoire des alliés américains à basse altitude pour éviter d'être détecté par les systèmes de défense aérienne soviétiques, certains stratèges militaires se sont demandé si le missile constituerait une menace pour les alliés. Avant même que le missile Pluton ne largue des bombes sur l'ennemi, il étourdira, écrasera et même irradiera les alliés. (Pluton survolant devait produire environ 150 décibels de bruit au sol. En comparaison, le niveau sonore de la fusée qui a envoyé les Américains sur la Lune (Saturne V) était de 200 décibels à pleine poussée.) Bien sûr, une rupture des tympans serait le moindre de vos problèmes si vous vous retrouviez avec un réacteur nu volant au-dessus de votre tête, vous faisant frire comme un poulet sous des rayons gamma et neutroniques.

Tori-2C

Bien que les créateurs de la fusée aient soutenu que Pluton était également intrinsèquement insaisissable, les analystes militaires ont exprimé leur perplexité quant à la façon dont un objet aussi bruyant, chaud, volumineux et radioactif pouvait rester indétectable aussi longtemps qu'il le fallait pour accomplir sa mission. Dans le même temps, l'US Air Force avait déjà commencé à déployer des missiles balistiques Atlas et Titan, capables d'atteindre des cibles plusieurs heures avant un réacteur volant, ainsi que le système antimissile de l'URSS, dont la peur est devenue le principal moteur de l'attaque. La création de Pluton n'est jamais devenue un obstacle pour les missiles balistiques, malgré des tests d'interception réussis. Les critiques du projet ont proposé leur propre décodage de l'acronyme SLAM - lent, bas et désordonné - lentement, bas et sale. Après les tests réussis du missile Polaris, la Marine, qui avait initialement exprimé son intérêt pour l'utilisation de missiles pour le lancement à partir de sous-marins ou de navires, a également commencé à abandonner le projet. Et enfin, le coût de chaque fusée était de 50 millions de dollars. Soudain, Pluton est devenue une technologie sans applications, une arme sans cibles viables.

Cependant, le dernier clou dans le cercueil de Pluton n’était qu’une question. C’est si simple que les Livermoréiens peuvent être excusés de ne pas y prêter délibérément attention. « Où effectuer les essais en vol des réacteurs ? Comment convaincre les gens que pendant le vol, la fusée ne perdra pas le contrôle et ne survolera pas Los Angeles ou Las Vegas à basse altitude ? » a demandé Jim Hadley, physicien au laboratoire Livermore, qui a travaillé sur le projet Pluto jusqu'à la toute fin. Il travaille actuellement à la détection des essais nucléaires effectués dans d'autres pays pour l'unité Z. De l'aveu même de Hadley, rien ne garantissait que le missile ne deviendrait pas incontrôlable et ne se transformerait pas en un Tchernobyl volant.
Plusieurs solutions à ce problème ont été proposées. L’un d’entre eux serait un lancement de Pluton près de Wake Island, où la fusée volerait en forme de huit au-dessus de la partie américaine de l’océan. Les missiles « chauds » étaient censés être coulés à une profondeur de 7 kilomètres dans l'océan. Cependant, même lorsque la Commission de l’énergie atomique a persuadé les gens de considérer les radiations comme une source d’énergie illimitée, la proposition de jeter dans l’océan de nombreuses fusées contaminées par les radiations a suffi à arrêter les travaux.
Le 1er juillet 1964, sept ans et six mois après le début des travaux, le projet Pluto est clôturé par la Commission de l'énergie atomique et l'armée de l'air.

Toutes les quelques années, un nouveau lieutenant-colonel de l'Air Force découvre Pluton, a déclaré Hadley. Après cela, il appelle le laboratoire pour connaître le sort futur du statoréacteur nucléaire. L'enthousiasme des lieutenants-colonels disparaît immédiatement après que Hadley parle des problèmes de radiations et d'essais en vol. Personne n’a appelé Hadley plus d’une fois.
Si quelqu'un veut redonner vie à Pluton, il pourra peut-être trouver des recrues à Livermore. Cependant, ils ne seront pas nombreux. Il est préférable de laisser l’idée de ce qui pourrait devenir une arme complètement folle dans le passé.

Caractéristiques techniques de la fusée SLAM :
Diamètre - 1500 mm.
Longueur - 20 000 mm.
Poids - 20 tonnes.
La portée est illimitée (théoriquement).
La vitesse au niveau de la mer est de Mach 3.
Armement - 16 bombes thermonucléaires (chacune d'une puissance de 1 mégatonne).
Le moteur est un réacteur nucléaire (puissance 600 mégawatts).
Système de guidage - inertiel + TERCOM.
La température cutanée maximale est de 540 degrés Celsius.
Le matériau de la cellule est de l’acier inoxydable Rene 41 haute température.
Épaisseur du revêtement - 4 à 10 mm.

Néanmoins, le statoréacteur nucléaire est prometteur car Système de propulsion pour les avions aérospatiaux à un étage et les avions de transport lourd intercontinentaux à grande vitesse. Ceci est facilité par la possibilité de créer un statoréacteur nucléaire capable de fonctionner à des vitesses de vol subsoniques et nulles en mode moteur-fusée, en utilisant les réserves de propergol embarquées. C'est-à-dire, par exemple, qu'un avion aérospatial équipé d'un statoréacteur nucléaire démarre (y compris le décollage), fournit du fluide de travail aux moteurs à partir des réservoirs embarqués (ou hors-bord) et, ayant déjà atteint des vitesses de M = 1, passe à l'utilisation de l'air atmosphérique. .

Comme l'a déclaré le président russe V.V. Poutine, début 2018, « un lancement réussi d'un missile de croisière avec une centrale nucléaire a eu lieu ». De plus, selon lui, la portée d’un tel missile de croisière est « illimitée ».

Je me demande dans quelle région les tests ont été effectués et pourquoi ils ont été critiqués par les services de surveillance compétents pour essais nucléaires. Ou la libération automnale de ruthénium-106 dans l’atmosphère est-elle liée d’une manière ou d’une autre à ces tests ? Ceux. Les habitants de Tcheliabinsk ont non seulement été saupoudrés de ruthénium, mais aussi frits ?
Pouvez-vous savoir où cette fusée est tombée ? En termes simples, où le réacteur nucléaire a-t-il été détruit ? Sur quel terrain d'entraînement ? Sur la Nouvelle-Zemble ?

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Lisons maintenant un peu sur les moteurs de fusée nucléaires, même si c’est une toute autre histoire.

Un moteur de fusée nucléaire (NRE) est un type de moteur de fusée qui utilise l'énergie de fission ou de fusion de noyaux pour créer une poussée de jet. Ils peuvent être liquides (chauffant un fluide de travail liquide dans une chambre de chauffage d'un réacteur nucléaire et libérant du gaz à travers une buse) et explosifs à impulsions ( explosions nucléaires batterie faible au même intervalle de temps).
Un moteur de propulsion nucléaire traditionnel dans son ensemble est une structure composée d'une chambre de chauffage avec un réacteur nucléaire comme source de chaleur, d'un système d'alimentation en fluide de travail et d'une tuyère. Le fluide de travail (généralement de l'hydrogène) est acheminé du réservoir vers le cœur du réacteur, où, passant par des canaux chauffés par la réaction de désintégration nucléaire, il est chauffé à des températures élevées puis éjecté par la buse, créant une poussée du jet. Exister divers modèles NRD : phase solide, phase liquide et phase gazeuse - correspondant état d'agrégation combustible nucléaire dans le cœur du réacteur - solide, fondu ou gazeux à haute température (ou même plasma).

Est. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546

RD-0410 (indice GRAU - 11B91, également connu sous le nom de "Irgit" et "IR-100") - le premier et le seul moteur de fusée nucléaire soviétique 1947-78. Il a été développé au bureau d'études Khimavtomatika, Voronej.
Le RD-0410 utilisait un réacteur à neutrons thermiques hétérogène. La conception comprenait 37 assemblages combustibles, recouverts d'une isolation thermique qui les séparait du modérateur. ProjetIl était prévu que le flux d'hydrogène traversait d'abord le réflecteur et le modérateur, en maintenant leur température à température ambiante, puis pénétrait dans le noyau, où il était chauffé à 3 100 K. Au stand, le réflecteur et le modérateur étaient refroidis par un réservoir d'hydrogène séparé. couler. Le réacteur a subi une série de tests importants, mais n'a jamais été testé pendant toute sa durée de fonctionnement. Les composants hors réacteur étaient complètement épuisés.

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Et c'est un moteur de fusée nucléaire américain. Son schéma était dans l'image du titre

Auteur : NASA - Superbes images dans la description de la NASA, domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) est un programme conjoint de la Commission américaine de l'énergie atomique et de la NASA visant à créer un moteur de fusée nucléaire (NRE), qui a duré jusqu'en 1972.
NERVA démontra que le système de propulsion nucléaire était viable et adapté à l'exploration spatiale, et fin 1968, SNPO confirma que la dernière modification de NERVA, le NRX/XE, répondait aux exigences d'une mission habitée vers Mars. Bien que les moteurs NERVA aient été construits et testés au maximum mesure possible et étaient considérés comme prêts à être installés sur un vaisseau spatial, la majeure partie du programme spatial américain fut annulée par l'administration Nixon.

NERVA a été classé par l'AEC, le SNPO et la NASA comme un programme très réussi qui a atteint ou dépassé ses objectifs. L'objectif principal Le programme visait à « créer une base technique pour les systèmes de moteurs de fusée nucléaires qui seront utilisés dans la conception et le développement de systèmes de propulsion pour les fusées nucléaires. missions spatiales" Presque tous les projets spatiaux utilisant des moteurs de propulsion nucléaire sont basés sur des conceptions NERVA NRX ou Pewee.

Les missions sur Mars sont responsables de la disparition de NERVA. Les membres du Congrès des deux partis politiques ont décidé qu’une mission habitée vers Mars constituerait un engagement tacite de la part des États-Unis à soutenir la coûteuse course à l’espace pendant des décennies. Chaque année, le programme RIFT était retardé et les objectifs de la NERVA devenaient plus complexes. Après tout, même si le moteur NERVA a connu de nombreux tests réussis et un fort soutien du Congrès, il n'a jamais quitté la Terre.

En novembre 2017, la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) a publié une feuille de route pour le développement du programme spatial chinois pour la période 2017-2045. Il prévoit notamment la création d'un navire réutilisable propulsé par un moteur-fusée nucléaire.

Les moteurs de fusée à liquide ont permis aux humains d'aller dans l'espace, sur des orbites proches de la Terre. Mais la vitesse du jet stream dans un moteur-fusée à propergol liquide ne dépasse pas 4,5 km/s, et pour les vols vers d'autres planètes, des dizaines de kilomètres par seconde sont nécessaires. Une solution possible consiste à utiliser l’énergie des réactions nucléaires.

La création pratique de moteurs de fusée nucléaires (NRE) n'a été réalisée que par l'URSS et les États-Unis. En 1955, les États-Unis ont commencé à mettre en œuvre le programme Rover visant à développer un moteur de fusée nucléaire pour vaisseaux spatiaux. Trois ans plus tard, en 1958, la NASA s'est impliquée dans le projet, qui fixait une tâche spécifique aux navires équipés de moteurs à propulsion nucléaire : un vol vers la Lune et Mars. À partir de ce moment-là, le programme a commencé à s’appeler NERVA, qui signifie « moteur nucléaire destiné à être installé sur des fusées ».

Au milieu des années 70, dans le cadre de ce programme, il était prévu de concevoir un moteur-fusée nucléaire d'une poussée d'environ 30 tonnes (à titre de comparaison, la poussée typique des moteurs-fusées liquides de l'époque était d'environ 700 tonnes), mais avec une vitesse d'échappement des gaz de 8,1 km/s. Cependant, en 1973, le programme fut abandonné en raison d’un déplacement des intérêts américains vers la navette spatiale.

En URSS, la conception des premiers moteurs nucléaires a été réalisée dans la seconde moitié des années 50. Dans le même temps, les concepteurs soviétiques, au lieu de créer un modèle grandeur nature, ont commencé à fabriquer des pièces distinctes du système de propulsion nucléaire. Ces développements ont ensuite été testés en interaction avec un réacteur à graphite pulsé (IGR) spécialement développé.

Dans les années 70 et 80 du siècle dernier, le bureau de conception Salyut, le bureau de conception Khimavtomatiki et le Luch NPO ont créé des projets de moteurs de propulsion nucléaire spatial RD-0411 et RD-0410 d'une poussée de 40 et 3,6 tonnes, respectivement. Au cours du processus de conception, un réacteur, un moteur froid et un prototype de banc ont été fabriqués pour les tests.

En juillet 1961 Académicien soviétique Andrei Sakharov a annoncé le projet d'explosion nucléaire lors d'une réunion d'éminents scientifiques nucléaires au Kremlin. Le blaster était équipé de moteurs de fusée à liquide conventionnels pour le décollage, mais dans l'espace, il était censé faire exploser de petites charges nucléaires. Les produits de fission générés lors de l'explosion ont transféré leur élan au navire, le faisant voler. Cependant, le 5 août 1963, un accord d'interdiction des essais fut signé à Moscou. armes nucléaires dans l'atmosphère Cosmos et sous l'eau. C'est la raison de la fermeture du programme d'explosion nucléaire.

Il est possible que le développement des moteurs nucléaires ait été en avance sur son temps. Toutefois, elles n’étaient pas trop prématurées. Après tout, la préparation d'un vol habité vers d'autres planètes dure plusieurs décennies et les systèmes de propulsion correspondants doivent être préparés à l'avance.

Conception de moteur de fusée nucléaire

Un moteur de fusée nucléaire (NRE) est un moteur à réaction dans lequel l'énergie générée lors d'une désintégration nucléaire ou d'une réaction de fusion chauffe le fluide de travail (le plus souvent de l'hydrogène ou de l'ammoniac).

Il existe trois types de moteurs de propulsion nucléaire selon le type de combustible du réacteur :

phase solide;
phase liquide;
phase gazeuse.

Le plus complet est phase solide option moteur. La figure montre un schéma du moteur nucléaire le plus simple avec un réacteur à combustible nucléaire solide. Le fluide de travail est situé dans un réservoir externe. À l'aide d'une pompe, il est acheminé vers la chambre moteur. Dans la chambre, le fluide de travail est pulvérisé à l'aide de buses et entre en contact avec le combustible nucléaire générateur de combustible. Lorsqu'il est chauffé, il se dilate et s'envole hors de la chambre à travers la buse à grande vitesse.

Phase liquide— le combustible nucléaire contenu dans le cœur du réacteur d'un tel moteur est sous forme liquide. Les paramètres de traction de ces moteurs sont supérieurs à ceux des moteurs à phase solide en raison de la température plus élevée du réacteur.

DANS phase gazeuse Le combustible NRE (par exemple l'uranium) et le fluide de travail sont à l'état gazeux (sous forme de plasma) et sont retenus dans la zone de travail par un champ électromagnétique. Le plasma d'uranium chauffé à des dizaines de milliers de degrés transfère de la chaleur au fluide de travail (par exemple, l'hydrogène), qui, à son tour, chauffé à des températures élevées, forme un jet.

Les principaux avantages des moteurs nucléaires sont :

impulsion spécifique élevée ;
d'importantes réserves d'énergie ;
compacité du système de propulsion ;
la possibilité d'obtenir des poussées très élevées - des dizaines, des centaines et des milliers de tonnes dans le vide.

Le principal inconvénient est le risque élevé de rayonnement du système de propulsion :

flux de rayonnements pénétrants (rayonnement gamma, neutrons) lors de réactions nucléaires ;
élimination des composés hautement radioactifs de l'uranium et de ses alliages ;
sortie de gaz radioactifs avec le fluide de travail.

Lancez donc moteur nucléaire inacceptable pour les lancements depuis la surface de la Terre en raison du risque de contamination radioactive.