Détails techniques : fusée à propulsion nucléaire. Que sont les moteurs nucléaires

Souvent, dans les publications éducatives générales sur l'astronautique, on ne fait pas de distinction entre un moteur de fusée nucléaire (NRE) et un moteur de fusée nucléaire. système de propulsion électrique(Yadu). Cependant, ces abréviations cachent non seulement la différence dans les principes de conversion de l'énergie nucléaire en poussée de fusée, mais aussi une histoire très dramatique du développement de l'astronautique.

Le drame de l'histoire réside dans le fait que si les études sur les centrales nucléaires et nucléaires s'arrêtaient principalement pour des raisons économiques tant en URSS qu'aux États-Unis, les vols humains vers Mars seraient depuis longtemps devenus monnaie courante.

Tout a commencé avec des avions atmosphériques équipés d'un moteur nucléaire statoréacteur

Les concepteurs aux États-Unis et en URSS ont envisagé des installations nucléaires "respirantes" capables d'aspirer l'air extérieur et de le chauffer à des températures colossales. Probablement, ce principe de formation de poussée a été emprunté aux statoréacteurs, seulement au lieu du carburant de fusée, l'énergie de fission des noyaux atomiques de dioxyde d'uranium 235 a été utilisée.

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, sur lesquels les réacteurs ont même été allumés. La capacité de la centrale devait 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).

Aux États-Unis, ils prévoyaient de construire une fusée de 26,8 mètres de long, trois mètres de diamètre et pesant 28 tonnes. Le corps du missile était censé abriter une tête nucléaire, ainsi qu'un système de propulsion nucléaire d'une longueur de 1,6 mètre et d'un diamètre de 1,5 mètre. Dans le contexte d'autres dimensions, 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 la fusée SLAM serait d'au moins 182 000 kilomètres.

En 1964, le département américain de la Défense a fermé le 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 de maintenance de ces missiles, d'autant plus qu'à cette époque, la science des fusées se développait rapidement sur la base de moteurs de fusée à propergol liquide, dont la maintenance était beaucoup moins chère.

L'URSS est restée fidèle à l'idée de créer un NRE à flux direct bien plus longtemps que les États-Unis, ne fermant le projet qu'en 1985. Mais les résultats ont été beaucoup plus significatifs. Ainsi, le premier et le seul moteur de fusée nucléaire soviétique a été développé au bureau d'études Khimavtomatika, Voronezh. Il s'agit du RD-0410 (indice GRAU - 11B91, également appelé "Irbit" et "IR-100").

Dans RD-0410, un réacteur à neutrons thermiques hétérogènes était utilisé, l'hydrure de zirconium servait de modérateur, les réflecteurs de neutrons étaient en béryllium, le combustible nucléaire était un matériau à base d'uranium et de carbures de tungstène, enrichi en isotope 235 à environ 80 %.

La conception comprenait 37 assemblages combustibles recouverts d'une isolation thermique les séparant du modérateur. La conception 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 3100 K. Sur le stand, le réflecteur et le modérateur étaient refroidi par un flux d'hydrogène séparé.

Le réacteur a subi une importante série de tests, mais n'a jamais été testé pendant toute la durée de fonctionnement. Cependant, à l'extérieur, les unités du réacteur ont été entièrement élaborées.

Spécifications 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 (8927 m/s)
Nombre d'inclusions : 10
Ressource de travail : 1 heure
Composants combustibles: fluide de travail - hydrogène liquide, substance auxiliaire - heptane
Poids avec radioprotection : 2 tonnes
Dimensions moteur : hauteur 3,5 m, diamètre 1,6 m.

Encombrement et poids relativement réduits, haute température combustible nucléaire(3100 K) avec un système de refroidissement à flux d'hydrogène efficace indique que le RD0410 est un prototype presque idéal d'un moteur de fusée 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 fusées nucléaires

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

Il existe trois types d'ENR selon le type de combustible du réacteur :

• phase solide;
• phase liquide;
• phase gazeuse.

La plus complète est la version en phase solide du moteur. La figure montre un schéma du NRE 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 introduit dans la chambre du 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 chaleur. Lorsqu'il est chauffé, il se dilate et s'envole hors de la chambre à travers une buse à grande vitesse.

Dans les moteurs-fusées nucléaires 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 maintenus en zone de travail Champ électromagnétique. Chauffé à des dizaines de milliers de degrés, le plasma d'uranium transfère de la chaleur au fluide de travail (par exemple, l'hydrogène), qui, à son tour, étant chauffé à des températures élevées, forme un jet.

Selon le type de réaction nucléaire, on distingue un moteur-fusée à radio-isotopes, un moteur-fusée thermonucléaire et un moteur nucléaire proprement dit (l'énergie de la fission nucléaire est utilisée).

Une option intéressante est également un NRE pulsé - il est proposé d'utiliser une charge nucléaire comme source d'énergie (combustible). Ces installations peuvent être de type interne et externe.

Les principaux avantages du YRD sont :

• impulsion spécifique élevée;
• réserve d'énergie importante;
• compacité du système de propulsion ;
• la possibilité d'obtenir une très grande poussée - 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 :

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

Centrale nucléaire

Considérant que toute information fiable sur les centrales nucléaires provenant de publications, y compris de articles scientifiques, il est impossible d'obtenir, le principe de fonctionnement de telles installations est mieux considéré sur les exemples de matériaux de brevet ouvert, bien qu'ils contiennent un savoir-faire.

Ainsi, par exemple, l'éminent scientifique russe Anatoly Sazonovich Koroteev, auteur de l'invention sous brevet, a fourni une solution technique pour la composition de l'équipement d'une centrale nucléaire moderne. De plus, je donne une partie du document de brevet spécifié textuellement et sans commentaires.

L'essentiel de la solution technique proposée est illustré par le schéma représenté sur le dessin. La centrale nucléaire fonctionnant en mode propulsion-énergie contient un système de propulsion électrique (EPP) (par exemple, le schéma montre deux moteurs-fusées électriques 1 et 2 avec les systèmes d'alimentation correspondants 3 et 4), une centrale de réacteur 5, une turbine 6, un compresseur 7, un générateur 8, un échangeur-récupérateur de chaleur 9, un tube vortex de Rank-Hilsch 10, un réfrigérateur-émetteur 11. Dans ce cas, la turbine 6, le compresseur 7 et le générateur 8 sont réunis en un unité unique - un turbogénérateur-compresseur. La centrale nucléaire est équipée de canalisations 12 du fluide de travail et de lignes électriques 13 reliant le générateur 8 et le système de propulsion électrique. L'échangeur-récupérateur de chaleur 9 comporte les entrées dites haute température 14 et basse température 15 du fluide de travail, ainsi que des sorties haute température 16 et basse température 17 du fluide de travail.

La sortie de l'installation 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 9. La sortie basse température 15 de l'échangeur -le récupérateur 9 est relié à l'entrée du tube vortex de Ranque-Hilsch 10. Le tube vortex de Ranque-Hilsch 10 a deux sorties dont l'une (à travers le fluide de travail "chaud") est reliée au refroidisseur-radiateur 11, et l'autre (via le fluide de travail "froid") est reliée à l'entrée du compresseur 7. La sortie du refroidisseur-radiateur 11 est également reliée à l'entrée du compresseur 7. La sortie du compresseur 7 est reliée à la basse température l'entrée 15 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9. La sortie haute température 16 de l'échangeur-récupérateur de chaleur 9 est reliée à l'entrée de la centrale nucléaire 5. Ainsi, les principaux éléments de la centrale nucléaire sont reliés entre eux par un seul circuit fluide.

Yaedu travaille de la manière suivante. Le fluide de travail réchauffé dans l'usine réacteur 5 est envoyé à la turbine 6, qui assure le fonctionnement du compresseur 7 et du générateur 8 du turboalternateur-compresseur. Le générateur 8 génère de l'énergie électrique, qui est envoyée par les lignes électriques 13 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 envoyé au tube vortex de Rank-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 va alors vers le refroidisseur-émetteur 11, où cette partie du fluide de travail est efficacement refroidie. La partie "froide" du fluide de travail suit l'entrée du compresseur 7, et après refroidissement, la partie du fluide de travail qui sort du refroidisseur-radiateur 11 y suit.

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 flux entrant du fluide de travail entrant dans l'échangeur de chaleur- récupérateur 9 de la turbine 6 à travers l'entrée haute température 14. En outre, le fluide de travail partiellement chauffé (en raison de l'échange de chaleur avec le contre-courant du fluide de travail de la turbine 6) de l'échangeur de chaleur-récupérateur 9 à travers le haut- la sortie de température 16 entre à nouveau dans l'installation de réacteur 5, le cycle se répète à nouveau.

Ainsi, un fluide de travail unique situé dans une boucle fermée assure le fonctionnement continu de la centrale nucléaire, et l'utilisation d'un tube vortex de Rank-Hilsch dans le cadre de la centrale nucléaire conformément à la solution technique proposée améliore les caractéristiques de poids et d'encombrement de la centrale nucléaire, augmente la fiabilité de son fonctionnement, simplifie son schéma de conception et permet d'augmenter le rendement de la centrale nucléaire dans son ensemble.

Liens:

Les sceptiques soutiennent que la création d'un moteur nucléaire n'est pas un progrès significatif dans le domaine de la science et de la technologie, mais seulement une "modernisation d'une chaudière à vapeur", où l'uranium agit comme un combustible au lieu du charbon et du bois de chauffage, et l'hydrogène agit comme un Fluide de travail. Le NRE (moteur à réaction nucléaire) est-il si peu prometteur ? Essayons de comprendre.

Premières fusées

Tous les mérites de l'humanité dans le développement de l'espace proche de la Terre peuvent être attribués en toute sécurité aux moteurs à réaction chimiques. Le fonctionnement de telles unités de puissance est basé sur la conversion de l'énergie d'une réaction chimique de combustion de carburant dans un comburant en énergie cinétique d'un jet et, par conséquent, d'une fusée. Le carburant utilisé est du kérosène, de l'hydrogène liquide, de l'heptane (pour les moteurs-fusées à propergol liquide (LTE)) et un mélange polymérisé de perchlorate d'ammonium, d'aluminium et d'oxyde de fer (pour les propulseurs solides (RDTT)).

Il est bien connu que les premières fusées utilisées pour les feux d'artifice sont apparues en Chine dès le IIe siècle av. Ils s'élevaient dans le ciel grâce à l'énergie des gaz en poudre. Les recherches théoriques de l'armurier allemand Konrad Haas (1556), du général polonais Kazimir Semenovich (1650), du lieutenant général russe Alexander Zasyadko ont apporté une contribution significative au développement de la technologie des fusées.

Un brevet pour l'invention du premier moteur de fusée à propergol liquide a été reçu par un scientifique américain Robert Goddard. Son appareil, d'un poids de 5 kg et d'une longueur d'environ 3 m, fonctionnant à l'essence et à l'oxygène liquide, en 1926 pendant 2,5 s. a volé 56 mètres.

A la poursuite de la vitesse

sérieuse travail expérimental sur la création de moteurs à réaction chimiques en série a commencé dans les années 30 du siècle dernier. En Union soviétique, V. P. Glushko et F. A. Zander sont considérés comme les pionniers de la construction de moteurs de fusée. Avec leur participation, les unités de puissance RD-107 et RD-108 ont été développées, ce qui a donné à l'URSS la primauté dans l'exploration spatiale et a jeté les bases du futur leadership de la Russie dans le domaine de la cosmonautique habitée.

Avec la modernisation du moteur à propergol liquide, il est devenu clair que la vitesse maximale théorique du jet stream ne pouvait pas dépasser 5 km/s. Cela peut suffire à étudier l'espace proche de la Terre, mais les vols vers d'autres planètes, et encore plus d'étoiles, resteront un rêve irréalisable pour l'humanité. En conséquence, déjà au milieu du siècle dernier, des projets de moteurs de fusée alternatifs (non chimiques) ont commencé à apparaître. Les plus populaires et les plus prometteuses étaient les installations utilisant l'énergie des réactions nucléaires. Les premiers échantillons expérimentaux de moteurs spatiaux nucléaires (NRE) en Union soviétique et aux États-Unis ont été testés en 1970. Cependant, après la catastrophe de Tchernobyl, sous la pression du public, les travaux dans ce domaine ont été suspendus (en URSS en 1988, aux États-Unis - depuis 1994).

Le fonctionnement des centrales nucléaires repose sur les mêmes principes que ceux des centrales thermochimiques. La seule différence est que le chauffage du fluide de travail est effectué par l'énergie de désintégration ou de fusion du combustible nucléaire. L'efficacité énergétique de ces moteurs est bien supérieure à celle des moteurs chimiques. Par exemple, l'énergie qui peut être libérée par 1 kg du meilleur carburant (un mélange de béryllium avec de l'oxygène) est de 3 × 107 J, tandis que pour les isotopes du polonium Po210, cette valeur est de 5 × 1011 J.

L'énergie libérée dans un moteur nucléaire peut être utilisée de différentes manières :

chauffant le fluide de travail émis par les tuyères, comme dans un moteur de fusée traditionnel, après avoir été converti en un moteur électrique, ionisant et accélérant les particules du fluide de travail, créant une impulsion directement par les produits de fission ou de fusion.Même l'eau ordinaire peut agir comme un fluide de travail, mais l'utilisation d'alcool sera bien plus efficace, d'ammoniaque ou d'hydrogène liquide. Selon l'état d'agrégation du combustible pour le réacteur, les moteurs-fusées nucléaires sont divisés en phases solide, liquide et gazeuse. Le NRE le plus développé avec un réacteur à fission en phase solide, qui utilise comme combustible des barres de combustible (éléments combustibles) utilisées dans les centrales nucléaires. Le premier moteur de ce type dans le cadre du projet américain Nerva a réussi les tests au sol en 1966, après avoir fonctionné pendant environ deux heures.

Caractéristiques de conception

Au cœur de tout moteur spatial nucléaire se trouve un réacteur composé d'une zone active et d'un réflecteur en béryllium placé dans un bâtiment de puissance. C'est dans la zone active que se produit la fission des atomes de la substance combustible, en règle générale, l'uranium U238, enrichi en isotopes U235. Donner le processus de désintégration nucléaire certaines propriétés, des modérateurs sont également situés ici - tungstène ou molybdène réfractaire. Si le modérateur est inclus dans la composition des éléments combustibles, le réacteur est appelé homogène, et s'il est placé séparément - hétérogène. Le moteur nucléaire comprend également une unité d'alimentation en fluide de travail, des commandes, une protection contre les radiations fantômes et une tuyère. Éléments structurels et les réacteurs soumis à de fortes charges thermiques sont refroidis par le fluide de travail, qui est ensuite injecté dans les assemblages combustibles par un groupe turbopompe. Ici, il est chauffé à près de 3000˚С. Expirant à travers la buse, le fluide de travail crée une poussée de jet.

Les commandes typiques des réacteurs sont des barres de contrôle et des tambours rotatifs constitués d'une substance qui absorbe les neutrons (bore ou cadmium). Les crayons sont placés directement dans le coeur ou dans des niches spéciales du réflecteur, et les tambours rotatifs sont placés à la périphérie du réacteur. En déplaçant les barres ou en tournant les tambours, on modifie le nombre de noyaux fissiles par unité de temps, en ajustant le niveau de dégagement d'énergie du réacteur, et, par conséquent, sa puissance thermique.

Afin de réduire l'intensité des rayonnements neutroniques et gamma, dangereux pour tous les êtres vivants, des éléments de protection du réacteur primaire sont placés dans le bâtiment de puissance.

Améliorer l'efficacité

Un moteur nucléaire en phase liquide est similaire en principe et en dispositif à ceux en phase solide, mais l'état liquide du combustible permet d'augmenter la température de la réaction et, par conséquent, la poussée de l'unité de puissance. Donc, si pour les unités chimiques (LTE et moteurs de fusée à propergol solide) l'impulsion spécifique maximale (vitesse de souffle des réacteurs) est de 5 420 m/s, pour le nucléaire en phase solide et 10 000 m/s, elle est loin de la limite, alors la valeur moyenne de cet indicateur de NRE en phase gazeuse se situe dans la plage de 30 000 à 50 000 m/s.

Il existe deux types de projets de moteurs nucléaires en phase gazeuse :

cycle ouvert, dans lequel réaction nucléaire s'écoule à l'intérieur du nuage de plasma à partir du fluide de travail, qui est retenu par le champ électromagnétique et absorbe toute la chaleur générée. La température peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de degrés. Dans ce cas, la région active est entourée d'une substance résistante à la chaleur (par exemple, le quartz) - une lampe nucléaire qui transmet librement l'énergie rayonnée.Dans les installations du deuxième type, la température de réaction sera limitée par la température de fusion du matériau de l'ampoule. Dans le même temps, l'efficacité énergétique d'un moteur spatial nucléaire diminue quelque peu (impulsion spécifique jusqu'à 15 000 m/s), mais l'efficacité et la sûreté radiologique augmentent.

Réalisations pratiques

Formellement, le scientifique et physicien américain Richard Feynman est considéré comme l'inventeur de la centrale atomique. Début des travaux à grande échelle sur le développement et la création de moteurs nucléaires pour vaisseaux spatiaux dans le cadre du programme Rover, il fut donné au Los Alamos Research Center (USA) en 1955. Les inventeurs américains ont préféré les centrales à réacteur nucléaire homogène. Le premier échantillon expérimental de "Kiwi-A" a été assemblé à l'usine du centre atomique d'Albuquerque (Nouveau-Mexique, USA) et testé en 1959. Le réacteur a été placé verticalement sur le support avec la buse vers le haut. Au cours des essais, un jet chauffé d'hydrogène usé a été émis directement dans l'atmosphère. Et bien que le recteur ait travaillé pour batterie faible seulement environ 5 minutes, le succès a inspiré les développeurs.

En Union soviétique, une puissante impulsion à ces études a été donnée par la réunion des "trois grands K" qui s'est tenue en 1959 à l'Institut de l'énergie atomique - le créateur de bombe atomique I. V. Kurchatov, le théoricien en chef de la cosmonautique russe M. V. Keldysh et le concepteur général des fusées soviétiques S. P. Korolev. Contrairement au modèle américain, le moteur soviétique RD-0410, développé au bureau d'études de l'association Khimavtomatika (Voronej), disposait d'un réacteur hétérogène. Des essais au feu ont eu lieu sur un terrain d'entraînement près de la ville de Semipalatinsk en 1978.

Il convient de noter que de nombreux projets théoriques ont été créés, mais la question n'a jamais été mise en œuvre dans la pratique. Les raisons en étaient la présence d'un grand nombre de problèmes en science des matériaux, le manque de ressources humaines et financières.

Pour une note: une réalisation pratique importante a été la conduite d'essais en vol d'avions à moteur nucléaire. En URSS, le bombardier stratégique expérimental Tu-95LAL était le plus prometteur, aux États-Unis - le B-36.

Orion Project ou Pulse NRE

Pour les vols dans l'espace, un moteur nucléaire pulsé a été proposé pour la première fois en 1945 par un mathématicien américain d'origine polonaise, Stanislav Ulam. Au cours de la décennie suivante, l'idée a été développée et affinée par T. Taylor et F. Dyson. L'essentiel est que l'énergie de petites charges nucléaires, déclenchées à une certaine distance de la plate-forme de poussée au bas de la fusée, lui donne une grande accélération.

Au cours du projet Orion, qui a débuté en 1958, il était prévu d'équiper d'un tel moteur une fusée capable de transporter des personnes à la surface de Mars ou sur l'orbite de Jupiter. L'équipage stationné dans le compartiment avant serait protégé des effets néfastes des accélérations gigantesques par un dispositif d'amortissement. Le résultat d'un travail d'ingénierie détaillé a été des tests de mars d'un modèle à grande échelle du navire pour étudier la stabilité du vol (des explosifs conventionnels ont été utilisés à la place des charges nucléaires). En raison du coût élevé, le projet a été fermé en 1965.

Des idées similaires pour créer un "explosif" ont été exprimées par l'académicien soviétique A. Sakharov en juillet 1961. Pour mettre le vaisseau en orbite, le scientifique a proposé d'utiliser des moteurs conventionnels à propergol liquide.

Projets alternatifs

Un grand nombre de projets ne sont pas allés au-delà de la recherche théorique. Parmi eux se trouvaient de nombreux originaux et très prometteurs. Confirmation est l'idée d'une centrale nucléaire basée sur des fragments fissiles. Caractéristiques de conception et la conception de ce moteur permet de se passer du tout d'un fluide de travail. Le courant-jet, qui fournit les caractéristiques de propulsion nécessaires, est formé à partir de matières nucléaires usées. Le réacteur est basé sur des disques rotatifs avec une masse nucléaire sous-critique (le coefficient de fission des atomes est inférieur à un). Lors de la rotation dans le secteur du disque situé dans la zone active, une réaction en chaîne est déclenchée et des atomes de haute énergie en décomposition sont envoyés à la tuyère du moteur, formant un jet. Les atomes entiers survivants participeront à la réaction lors des prochaines révolutions du disque combustible.

Les projets de moteur nucléaire pour les navires effectuant certaines tâches dans l'espace proche de la Terre basés sur des RTG (générateurs thermoélectriques à radio-isotopes) sont tout à fait réalisables, mais de telles installations ne sont pas très prometteuses pour les vols interplanétaires, et plus encore interstellaires.

Les moteurs à fusion nucléaire ont un énorme potentiel. Déjà au stade actuel du développement de la science et de la technologie, une installation à impulsions est tout à fait réalisable, dans laquelle, comme le projet Orion, des charges thermonucléaires exploseront sous le bas de la fusée. Cependant, de nombreux experts considèrent la mise en œuvre de la fusion nucléaire contrôlée comme une question d'avenir proche.

Avantages et inconvénients de YARD

Les avantages incontestables de l'utilisation des moteurs nucléaires comme unités de puissance pour les engins spatiaux incluent leur rendement énergétique élevé, qui fournit une impulsion spécifique élevée et de bonnes performances de poussée (jusqu'à un millier de tonnes dans le vide), une réserve d'énergie impressionnante lors d'un fonctionnement autonome. Le niveau actuel de développement scientifique et technologique permet d'assurer la relative compacité d'une telle installation.

Le principal inconvénient des NRE, qui a entraîné l'arrêt des travaux de conception et de recherche, est un risque radiologique élevé. Cela est particulièrement vrai lors des essais d'incendie au sol, à la suite desquels des gaz radioactifs, des composés d'uranium et ses isotopes peuvent pénétrer dans l'atmosphère avec le fluide de travail et l'effet destructeur des rayonnements pénétrants. Pour les mêmes raisons, il est inacceptable de lancer un engin spatial équipé d'un moteur nucléaire directement depuis la surface de la Terre.

Présent et futur

Selon les assurances de l'académicien de l'Académie des sciences de Russie, directeur général du Centre Keldysh Anatoly Koroteev, un type de moteur nucléaire fondamentalement nouveau en Russie sera créé dans un proche avenir. L'essence de l'approche est que l'énergie du réacteur spatial ne sera pas dirigée vers le chauffage direct du fluide de travail et la formation d'un jet stream, mais pour générer de l'électricité. Le rôle de propulseur dans l'installation est attribué au moteur à plasma, dont la poussée spécifique est 20 fois supérieure à la poussée des véhicules-fusées chimiques existants actuellement. L'entreprise principale du projet est une subdivision de la société d'État "Rosatom" JSC "NIKIET" (Moscou).

Des tests de maquette à grande échelle ont été passés avec succès en 2015 sur la base de NPO Mashinostroeniya (Reutov). Novembre de cette année a été désigné comme date de début des essais de conception en vol de la centrale nucléaire. Éléments essentiels et les systèmes devront être testés, y compris à bord de l'ISS.

Le fonctionnement du nouveau moteur nucléaire russe se déroule dans un cycle fermé, ce qui exclut complètement la pénétration de substances radioactives dans l'espace environnant. La masse et les caractéristiques globales des principaux éléments de la centrale garantissent son utilisation avec les lanceurs nationaux Proton et Angara existants.

Toutes les quelques années, certains
un nouveau lieutenant-colonel découvre Pluton.
Après ça, il appelle le labo,
pour découvrir le sort du statoréacteur nucléaire.

Un sujet à la mode aujourd'hui, mais il me semble qu'un statoréacteur nucléaire est beaucoup plus intéressant, car il n'a pas besoin d'emporter de fluide de travail avec lui.
Je suppose que dans le message du président, il parlait de lui, mais pour une raison quelconque, tout le monde a commencé à publier sur YARD aujourd'hui ???
Permettez-moi de tout mettre en un seul endroit. Des pensées curieuses, je vous le dis, apparaissent lorsque vous comprenez le sujet. Et des questions très inconfortables.

Un statoréacteur (ramjet; le terme anglais est ramjet, de ram - ram) - un moteur à réaction, est le plus simple de la classe des moteurs à jet d'air (statoréacteurs) en termes de dispositif. Il appartient au type de réaction directe WJE, dans lequel la poussée est générée 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 inutilisable à basse vitesse de vol, en particulier à vitesse nulle; un ou un autre accélérateur est nécessaire pour l'amener à la puissance de fonctionnement.

Dans la seconde moitié des années 1950, à l'époque de la guerre froide, des statoréacteurs à réacteur nucléaire ont été développés aux États-Unis et en URSS.


Photo par : Leicht modifiziert aus 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. L'air du dispositif d'admission dans un tel statoréacteur traverse le cœur du réacteur, le refroidit, se réchauffe jusqu'à température de fonctionnement(environ 3000 K), puis expire de la tuyère à une vitesse comparable aux vitesses d'échappement des moteurs-fusées chimiques les plus avancés. But possible d'un avion avec un tel moteur:
- porte-missiles de croisière intercontinental d'une charge nucléaire ;
- avions aérospatiaux à un étage.

Dans les deux pays, des réacteurs nucléaires compacts à faibles ressources ont été créés qui correspondent aux dimensions d'une grande fusée. Aux États-Unis, dans le cadre des programmes de recherche sur les statoréacteurs nucléaires Pluto et Tory, des essais de tir au banc du statoréacteur nucléaire Tory-IIC ont été effectués en 1964 (mode pleine puissance 513 MW pendant cinq minutes avec une poussée de 156 kN). Les essais en vol n'ont pas été effectués, le programme a été clôturé en juillet 1964. L'une des raisons de la fermeture du programme est l'amélioration de la conception des missiles balistiques à moteurs de fusée, qui a pleinement assuré la solution des missions de combat sans l'utilisation de schémas avec des statoréacteurs nucléaires relativement coûteux.
Il n'est plus d'usage de parler de la seconde dans les sources russes ...

Le projet Pluton consistait à utiliser des tactiques de vol à basse altitude. Cette tactique a fourni la furtivité du radar du système de défense aérienne de l'URSS.
Pour atteindre la vitesse à laquelle un statoréacteur fonctionnerait, le Pluton devrait être lancé depuis le sol à l'aide d'un ensemble de propulseurs de fusée conventionnels. lancement réacteur nucléaire n'a commencé qu'après que le "Pluton" ait atteint la hauteur du vol de croisière et suffisamment éloigné des zones peuplées. Le moteur nucléaire, qui offrait une portée pratiquement illimitée, permettait à la fusée de voler en cercles au-dessus de l'océan, en attendant les ordres de devenir supersonique vers une cible en URSS.

Avant-projet de SLAM

Il a été décidé de procéder à un essai statique d'un réacteur à grande échelle, destiné à un statoréacteur.
Le réacteur Pluton étant devenu extrêmement radioactif après son lancement, sa livraison sur le site d'essai a été effectuée par une ligne de chemin de fer entièrement automatisée spécialement construite. Le long de cette ligne, le réacteur se déplacerait sur une distance d'environ deux miles, qui séparait l'installation d'essais statiques et l'énorme bâtiment de "démantèlement". Dans le bâtiment, le réacteur "chaud" a été démonté pour être examiné à l'aide d'un équipement télécommandé. Les scientifiques de Livermore ont observé 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 de deux semaines en nourriture et en eau.
Juste pour garantir l'approvisionnement en béton nécessaire à la construction des murs du bâtiment de démolition (six à huit pieds d'épaisseur), le gouvernement des États-Unis a acheté une mine entière.
Des millions de livres d'air comprimé ont été stockées dans 25 miles de conduites de production de pétrole. Cet air comprimé était censé servir à simuler les conditions dans lesquelles se trouve un statoréacteur lors d'un vol à vitesse de croisière.
Pour assurer une pression d'air élevée dans le système, le laboratoire a emprunté des compresseurs géants à la base sous-marine (Groton, Connecticut).
Le test, au cours duquel l'unité a fonctionné à pleine puissance pendant cinq minutes, a nécessité le soufflage d'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 de éléments chauffants, où l'huile a été brûlée.

Installé sur une plate-forme ferroviaire, Tori-2S est prêt pour des tests réussis. mai 1964

Le 14 mai 1961, les ingénieurs et les scientifiques du hangar où l'expérience était contrôlée retenaient leur souffle - le premier statoréacteur nucléaire au monde, monté sur une plate-forme de chemin de fer rouge vif, annonçait sa naissance avec un grand rugissement. Tori-2A n'a été lancé que pendant quelques secondes, au cours desquelles il n'a pas développé sa puissance nominale. Cependant, le test a été considéré comme réussi. Le plus important était que le réacteur ne se soit pas enflammé, ce dont certains représentants du comité de l'énergie atomique avaient extrêmement peur. Presque immédiatement après les tests, Merkle a commencé à travailler sur la création du deuxième réacteur Tory, 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 Tory-2C, qui a brisé le silence du désert trois ans après le test du premier réacteur. Une semaine plus tard, ce réacteur a été redémarré et a fonctionné à pleine puissance (513 mégawatts) pendant cinq minutes. Il s'est avéré que la radioactivité des gaz d'échappement est bien moindre que prévu. 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 ont financé le projet Pluto, commencent à avoir des doutes. Étant donné que le missile a été lancé depuis les États-Unis 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 Pluto largue des bombes sur l'ennemi, il va d'abord étourdir, écraser et même irradier les alliés. (Pluton passant au-dessus de nous devait produire environ 150 décibels de bruit au sol. En comparaison, la fusée qui a envoyé les Américains sur la Lune (Saturne V) à pleine poussée était de 200 décibels.) Bien sûr, la rupture des tympans serait le moindre de vos problèmes si vous vous retrouviez sous un réacteur nu volant au-dessus de votre tête, vous faisant rôtir comme un poulet avec des rayonnements gamma et neutroniques.

Tori-2C

Bien que les créateurs de la fusée aient affirmé que Pluton était également insaisissable par nature, les analystes militaires ont exprimé leur perplexité quant à la façon dont quelque chose d'aussi bruyant, chaud, gros et radioactif pouvait passer inaperçu pendant le temps qu'il fallait pour accomplir la 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, et le système antimissile de l'URSS, dont la peur est devenue le principal moteur de la création de Pluton. , n'est jamais devenue un obstacle aux missiles balistiques, malgré des interceptions de test réussies. Les critiques du projet ont proposé leur propre décodage de l'abréviation SLAM - lent, bas et désordonné - lent, bas et sale. Suite au succès des essais du missile Polaris, la flotte, qui avait initialement manifesté son intérêt à utiliser des missiles pour des lancements depuis des sous-marins ou des navires, a également commencé à abandonner le projet. Et enfin, le coût de chaque missile était de 50 millions de dollars. Soudain, Pluton était une technologie sans applications, une arme sans cibles appropriées.

Cependant, le dernier clou dans le cercueil de Pluton n'était qu'une question. C'est d'une simplicité si trompeuse que les Livermores peuvent être excusés de l'ignorer délibérément. « Où effectuer les essais en vol du réacteur ? Comment convaincre les gens que pendant le vol la fusée ne perdra pas le contrôle et survolera Los Angeles ou Las Vegas à basse altitude ? a demandé le physicien de Livermore Jim Hadley, qui a travaillé sur le projet Pluton jusqu'à la toute fin. Actuellement, il est engagé dans la détection d'essais nucléaires en cours dans d'autres pays pour la division Z. Selon Hadley lui-même, rien ne garantissait que la fusée ne deviendrait pas incontrôlable et ne se transformerait pas en Tchernobyl volant.
Plusieurs solutions à ce problème ont été proposées. L'un d'eux est le lancement de Pluton près de Wake Island, où la fusée volerait, coupant en huit la partie de l'océan appartenant aux États-Unis. Les fusées "chaudes" devaient être coulées à une profondeur de 7 kilomètres dans l'océan. Cependant, même lorsque la Commission de l'énergie atomique influençait les esprits sur le rayonnement en tant que source d'énergie illimitée, la proposition de déverser de nombreuses fusées polluées radioactivement dans l'océan était suffisante pour suspendre le travail.
Le 1er juillet 1964, sept ans et six mois après le début des travaux, le projet Pluton est clôturé par le Commissariat à l'énergie atomique et l'armée de l'air.

Toutes les quelques années, un nouveau lieutenant-colonel de l'Air Force découvre Pluton, dit Hadley. Après cela, il appelle le laboratoire pour connaître le sort du statoréacteur nucléaire. L'enthousiasme des lieutenants-colonels disparaît immédiatement après que Hadley a parlé de problèmes de radiation et d'essais en vol. Personne n'a appelé Hadley plus d'une fois.
Si Pluton veut ramener quelqu'un à la vie, alors peut-être pourra-t-il trouver quelques recrues à Livermore. Cependant, il n'y en aura pas beaucoup. L'idée de ce qui pourrait être une arme folle infernale est mieux laissée dans le passé.

Caractéristiques techniques de la fusée SLAM :
Diamètre - 1500 mm.
Longueur - 20000 mm.
Poids - 20 tonnes.
Le rayon d'action n'est pas limité (théoriquement).
Vitesse au niveau de la mer - Mach 3.
Armement - 16 bombes thermonucléaires (puissance de chaque 1 mégatonne).
Le moteur est un réacteur nucléaire (capacité 600 mégawatts).
Système de guidage - inertiel + TERCOM.
La température maximale de la peau est de 540 degrés Celsius.
Le matériau de la cellule est de l'acier inoxydable Rene 41 haute température.
Épaisseur du revêtement - 4 - 10 mm.

Néanmoins, un statoréacteur nucléaire est prometteur comme système de propulsion pour les avions aérospatiaux à un étage et l'aviation de transport lourd intercontinental 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 des stocks embarqués de fluide de travail. C'est-à-dire, par exemple, un avion aérospatial avec un statoréacteur nucléaire démarre (y compris le décollage), fournit le fluide de travail aux moteurs à partir de réservoirs embarqués (ou extérieurs) et, ayant déjà atteint des vitesses de M = 1, passe à l'utilisation d'air atmosphérique .

Comme l'a déclaré le président de la Fédération de Russie V.V. Poutine, au début de 2018, "un missile de croisière avec une centrale nucléaire a été lancé avec succès". Dans le même temps, 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?
Et où est tombée cette fusée ? En termes simples, où le réacteur nucléaire a-t-il été divisé ? A quelle portée ? Sur la Nouvelle Terre ?

**************************************** ********************

Et maintenant, lisons un peu sur les moteurs de fusées nucléaires, bien que ce soit une histoire complètement différente.

Un moteur-fusée nucléaire (NRE) est un type de moteur-fusée qui utilise l'énergie de la fission ou de la fusion nucléaire pour créer une poussée de jet. Ils sont liquides (chauffant le fluide de travail liquide dans la chambre de chauffage d'un réacteur nucléaire et le gaz est éliminé par une buse) et explosifs à impulsions ( explosions nucléaires faible puissance pendant une période de temps égale).
Le NRE traditionnel dans son ensemble est une conception d'une chambre de chauffage avec un réacteur nucléaire comme source de chaleur, un système d'alimentation en fluide de travail et une buse. Le fluide de travail (généralement de l'hydrogène) est fourni du réservoir au cœur du réacteur, où, en passant par les canaux chauffés par la réaction de désintégration nucléaire, il est chauffé à des températures élevées puis éjecté à travers la tuyère, créant une poussée de jet. Il existe différentes conceptions de NRE : en phase solide, en phase liquide et en phase gazeuse - le correspondant état d'agrégation combustible nucléaire dans le cœur du réacteur - gaz solide, fondu ou 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 de 1947-78. Il a été développé dans le bureau d'études "Khimavtomatika", Voronezh.
Dans RD-0410, un réacteur à neutrons thermiques hétérogènes a été utilisé. La conception comprenait 37 assemblages combustibles recouverts d'une isolation thermique les séparant du modérateur. ProjetIl a été envisagé que le flux d'hydrogène passe d'abord par le réflecteur et le modérateur, en maintenant leur température à température ambiante, puis pénètre dans le cœur, où il est chauffé jusqu'à 3100 K. Au stand, le réflecteur et le modérateur sont refroidis par un circuit séparé. flux d'hydrogène. Le réacteur a subi une importante série de tests, mais n'a jamais été testé pendant toute la durée de fonctionnement. Les nœuds extra-réacteur ont été entièrement élaborés.

********************************

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


Auteur : NASA - Description des superbes images de la NASA, domaine public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (Eng. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) est un programme conjoint de la Commission américaine de l'énergie atomique et de la NASA pour créer un moteur de fusée nucléaire (NRE), qui a duré jusqu'en 1972.
NERVA a démontré que le NRE était pleinement opérationnel et adapté à l'exploration spatiale, et à la fin de 1968, SNPO a confirmé que la dernière modification de NERVA, le NRX / XE, répondait aux exigences d'un vol habité vers Mars. Bien que les moteurs NERVA aient été construits et testés au maximum degré possible et considéré comme prêt à être installé sur un vaisseau spatial, la majeure partie du programme spatial américain a été annulée par l'administration du président Nixon.

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

Les missions martiennes ont été la cause de la disparition de NERVA. Les membres du Congrès des deux partis politiques ont décidé qu'une mission habitée sur Mars serait un engagement tacite pour les États-Unis de soutenir la coûteuse course à l'espace pendant des décennies. Chaque année, le programme RIFT était retardé et les objectifs de NERVA devenaient plus complexes. Après tout, bien que le moteur NERVA ait subi de nombreux tests réussis et ait bénéficié d'un solide 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.

Un moyen sûr d'utiliser l'énergie nucléaire dans l'espace a été inventé en URSS, et des travaux sont actuellement en cours pour créer une installation nucléaire basée sur celle-ci, a déclaré l'académicien Anatoly Koroteev, directeur général du Centre scientifique d'État de la Fédération de Russie "Keldysh Research Center ".

"Maintenant, l'institut travaille activement dans cette direction dans une large coopération entre les entreprises de Roscosmos et Rosatom. Et j'espère qu'en temps voulu nous arriverons ici effet positif», - a déclaré mardi A. Koroteev lors des «lectures royales» annuelles à l'Université technique d'État Bauman de Moscou.

Selon lui, le Keldysh Center a inventé un plan utilisation en toute sécurité l'énergie nucléaire dans l'espace, qui permet de se passer d'émissions et fonctionne en circuit fermé, ce qui rend l'installation sûre même en cas de panne et de chute sur Terre.

«Ce schéma réduit considérablement le risque d'utiliser l'énergie nucléaire, d'autant plus que l'un des points fondamentaux est le fonctionnement de ce système sur des orbites supérieures à 800-1000 km. Ensuite, en cas de panne, le temps « d'éclairement » est tel qu'il permet de sécuriser le retour de ces éléments sur Terre après un long laps de temps », a précisé le scientifique.

A. Koroteev a déclaré qu'auparavant, en URSS, des véhicules spatiaux fonctionnant à l'énergie nucléaire étaient déjà utilisés, mais qu'ils étaient potentiellement dangereux pour la Terre et qu'ils ont ensuite dû être abandonnés. « L'URSS a utilisé l'énergie nucléaire dans l'espace. Il y avait 34 engins spatiaux à énergie nucléaire dans l'espace, dont 32 étaient soviétiques et deux américains », a rappelé l'académicien.

Selon lui, l'installation nucléaire en cours de développement en Russie sera facilitée par l'utilisation d'un système de refroidissement sans cadre, dans lequel le liquide de refroidissement du réacteur nucléaire circulera directement dans l'espace sans système de tuyauterie.

Mais au début des années 1960, les concepteurs considéraient les moteurs de fusées nucléaires comme la seule alternative viable pour voyager vers d'autres planètes du système solaire. Découvrons l'historique de ce problème.

La concurrence entre l'URSS et les États-Unis, y compris dans l'espace, se poursuivait à cette époque bat son plein, ingénieurs et scientifiques sont entrés dans la course pour créer un moteur de fusée nucléaire, les militaires ont également soutenu le projet d'un moteur de fusée nucléaire au début. Au début, la tâche semblait très simple - il vous suffit de fabriquer un réacteur conçu pour refroidir avec de l'hydrogène et non de l'eau, d'y attacher une buse et - en avant vers Mars! Les Américains allaient sur Mars dix ans après la Lune et ne pouvaient même pas imaginer que les astronautes y parviendraient un jour sans moteurs nucléaires.

Les Américains ont très vite construit le premier prototype de réacteur et l'ont déjà testé en juillet 1959 (ils s'appelaient KIWI-A). Ces tests ont simplement montré que le réacteur pouvait être utilisé pour chauffer de l'hydrogène. La conception du réacteur - avec du combustible à l'oxyde d'uranium non protégé - n'était pas adaptée aux températures élevées et l'hydrogène n'était chauffé qu'à 1 500 degrés.

Avec l'accumulation d'expérience, la conception de réacteurs pour un moteur de fusée nucléaire - NRE - est devenue plus compliquée. L'oxyde d'uranium a été remplacé par un carbure plus résistant à la chaleur, en plus, il était recouvert de carbure de niobium, mais en essayant d'atteindre la température de conception, le réacteur a commencé à s'effondrer. De plus, même en l'absence d'endommagement macroscopique, le combustible uranium diffusait dans l'hydrogène de refroidissement, et la perte de masse atteignait 20 % en cinq heures de fonctionnement du réacteur. Aucun matériau n'a été trouvé pouvant fonctionner à 2700-3000 0 C et résister à la destruction par l'hydrogène chaud.

Par conséquent, les Américains ont décidé de sacrifier l'efficacité et ont inclus une impulsion spécifique dans le projet de moteur de vol (poussée en kilogrammes de force obtenue avec chaque seconde éjection d'un kilogramme de masse corporelle active ; l'unité de mesure est une seconde). 860 secondes. C'était le double du chiffre correspondant pour les moteurs oxygène-hydrogène de l'époque. Mais lorsque les Américains ont commencé à réussir, l'intérêt pour les vols habités était déjà tombé, le programme Apollo a été réduit et, en 1973, le projet NERVA a finalement été fermé (comme s'appelait le moteur d'une expédition habitée vers Mars). Ayant remporté la course lunaire, les Américains n'ont pas voulu en organiser une martienne.

Mais les enseignements tirés d'une dizaine de réacteurs construits et de plusieurs dizaines d'essais réalisés sont que Ingénieurs américains se sont trop emportés avec des essais nucléaires à grande échelle, au lieu de travailler sur des éléments clés sans impliquer la technologie nucléaire là où cela peut être évité. Et où il est impossible - d'utiliser des supports de plus petite taille. Les Américains ont «conduit» presque tous les réacteurs à pleine puissance, mais n'ont pas pu atteindre la température de conception de l'hydrogène - le réacteur a commencé à s'effondrer plus tôt. Au total, de 1955 à 1972, 1,4 milliard de dollars ont été dépensés pour le programme de propulsion de fusées nucléaires, soit environ 5 % du coût du programme lunaire.

Toujours aux États-Unis, le projet Orion a été inventé, combinant les deux versions du NRE (réactif et pulsé). Cela a été fait comme suit: de petites charges nucléaires d'une capacité d'environ 100 tonnes de TNT ont été lancées depuis la queue du navire. Derrière eux, des disques métalliques ont été tirés. À distance du navire, la charge a explosé, le disque s'est évaporé et la substance s'est dispersée dans différentes directions. Une partie de celui-ci a heurté la partie arrière renforcée du navire et l'a fait avancer. Une petite augmentation de poussée aurait dû être donnée par l'évaporation de la plaque qui encaisse les coups. Le coût unitaire d'un tel vol n'aurait dû être que de 150 alors dollars par kilogramme de charge utile.

Il est même venu à des tests: l'expérience a montré que le mouvement à l'aide d'impulsions successives est possible, ainsi que la création d'une plaque de poupe de résistance suffisante. Mais le projet Orion a été fermé en 1965 comme peu prometteur. Cependant, c'est jusqu'à présent le seul concept existant qui peut permettre des expéditions au moins dans le système solaire.

Dans la première moitié des années 1960, les ingénieurs soviétiques considéraient une expédition vers Mars comme la suite logique du programme de vols habités vers la Lune en cours de développement à cette époque. Sur la vague d'enthousiasme provoquée par la priorité de l'URSS dans l'espace, même des problèmes aussi extrêmement complexes ont été évalués avec un optimisme accru.

L'un des problèmes les plus importants était (et reste à ce jour) le problème de l'alimentation électrique. Il était clair que les LRE, même prometteurs oxygène-hydrogène, s'ils pouvaient en principe fournir un vol habité vers Mars, alors seulement avec d'énormes masses de départ du complexe interplanétaire, avec un grand nombre d'amarrages de blocs individuels dans l'assemblage près de- Orbite terrestre.

À la recherche de solutions optimales, les scientifiques et les ingénieurs se sont tournés vers l'énergie nucléaire, se penchant progressivement sur ce problème.

En URSS, les recherches sur les problèmes d'utilisation de l'énergie du noyau dans la technologie des fusées et de l'espace ont commencé dans la seconde moitié des années 1950, avant même le lancement des premiers satellites. De petits groupes de passionnés se sont formés dans plusieurs instituts de recherche, qui se sont fixé pour objectif de créer des moteurs et des centrales nucléaires pour fusées et spatiaux.

Les concepteurs d'OKB-11 S.P. Korolev, en collaboration avec des spécialistes du NII-12 sous la direction de V.Ya. Likhushin, ont envisagé plusieurs options pour l'espace et le combat (!) Fusées équipées de moteurs de fusée nucléaires (NRE). L'eau et les gaz liquéfiés – hydrogène, ammoniac et méthane – ont été évalués comme fluide de travail.

Les perspectives étaient prometteuses; peu à peu, le travail a trouvé la compréhension et le soutien financier du gouvernement de l'URSS.

Déjà la toute première analyse montrait que parmi les nombreux schémas possibles les centrales nucléaires spatiales (NPP) ont les meilleures perspectives pour trois :

• avec un réacteur nucléaire en phase solide ;
• avec un réacteur nucléaire en phase gazeuse ;
• fusée électronucléaire EDU.

Les régimes différaient fondamentalement; pour chacun d'eux, plusieurs options ont été esquissées pour le développement de travaux théoriques et expérimentaux.

Le plus proche de la réalisation semblait être un NRE en phase solide. L'impulsion pour le développement des travaux dans cette direction a été des développements similaires réalisés aux États-Unis depuis 1955 dans le cadre du programme ROVER, ainsi que les perspectives (comme il semblait alors) de créer un bombardier habité intercontinental domestique avec des centrales nucléaires.

Le YRD en phase solide fonctionne comme un statoréacteur. L'hydrogène liquide pénètre dans la partie buse, refroidit la cuve du réacteur, les assemblages combustibles (FA), le modérateur, puis se retourne et pénètre dans les assemblages combustibles, où il chauffe jusqu'à 3000 K et est éjecté dans la buse, accélérant à des vitesses élevées.

Les principes du travail du YARD ne faisaient aucun doute. Cependant, ses performances structurelles (et ses caractéristiques) dépendaient largement du "cœur" du moteur - un réacteur nucléaire et étaient déterminées, tout d'abord, par son "rembourrage" - la zone active.

Les développeurs des premiers NRE américains (et soviétiques) étaient pour un réacteur homogène avec un cœur en graphite. Les travaux du groupe de recherche de nouveaux types de combustibles à haute température, créé en 1958 dans le laboratoire n° 21 (dirigé par G.A. Meyerson) du NII-93 (dirigé par A.A. Bochvar), se sont quelque peu séparés. Influencé par les travaux de l'époque sur un réacteur d'avion (nids d'abeilles en oxyde de béryllium), le groupe a tenté (encore une fois, exploratoire) d'obtenir des matériaux à base de carbure de silicium et de zirconium résistants à l'oxydation.

D'après les mémoires de R.B. Kotelnikov, un employé du NII-9, au printemps 1958, le chef du laboratoire n ° 21 a eu une réunion avec un représentant du NII-1, V.N. Bogin. Il a dit qu'en tant que matériau principal pour les éléments combustibles (éléments combustibles) du réacteur de leur institut (au fait, à l'époque, le chef de l'industrie des fusées; le chef de l'institut, V.Ya. Likhushin, directeur scientifique M.V. Keldysh, chef du laboratoire V.M. Ievlev) utilisent du graphite. En particulier, ils ont déjà appris à appliquer des revêtements sur des échantillons pour les protéger de l'hydrogène. De la part de NII-9, il a été proposé d'envisager la possibilité d'utiliser des carbures UC-ZrC comme base d'éléments combustibles.

Peu de temps après, un autre client pour les barres de combustible est apparu - OKB M.M. Bondaryuk, qui était idéologiquement en concurrence avec NII-1. Si ce dernier représentait une conception monobloc multicanal, le bureau d'études de M.M. Bondaryuk s'est dirigé vers une version lamellaire pliable, se concentrant sur la facilité d'usinage du graphite et non gêné par la complexité des détails - des plaques d'un millimètre d'épaisseur avec les mêmes côtes. Les carbures sont beaucoup plus difficiles à traiter ; à cette époque, il était impossible d'en fabriquer des pièces telles que des blocs multicanaux et des plaques. Il est devenu évident qu'il était nécessaire de créer une autre conception correspondant aux spécificités des carbures.

Fin 1959 - début 1960, une condition décisive a été trouvée pour les éléments combustibles du NRE - un noyau de type tige qui satisfait les clients - l'Institut de recherche Likhushin et le Bureau de conception Bondaryuk. En tant que principal pour eux, ils ont étayé le schéma d'un réacteur à neutrons thermiques hétérogènes; ses principaux avantages (par rapport au réacteur graphite homogène alternatif) sont les suivants :

• il est possible d'utiliser un modérateur à basse température contenant de l'hydrogène, ce qui permet de créer un NRE avec une perfection de masse élevée ;
• il est possible de développer un prototype de petite taille du moteur de fusée nucléaire avec une poussée de l'ordre de 30 ... 50 kN avec un degré élevé relève pour les moteurs et les centrales nucléaires de la prochaine génération ;
• il est possible d'utiliser largement des carbures réfractaires dans les crayons combustibles et d'autres parties de la structure du réacteur, ce qui permet de maximiser la température de chauffage du fluide de travail et de fournir une impulsion spécifique accrue ;
• il est possible d'élaborer de manière autonome les principaux organes et systèmes du NRE (NPP), tels que les assemblages combustibles, le modérateur, le réflecteur, le groupe turbopompe (TPU), le système de contrôle, la tuyère, etc., élément par élément ; cela permet de tester en parallèle, réduisant ainsi le volume de tests complexes coûteux de la centrale dans son ensemble.

Vers 1962-1963 NII-1, qui dispose d'une base expérimentale puissante et d'un excellent personnel, a dirigé les travaux sur le problème NRE. Il ne leur manquait que la technologie de l'uranium, ainsi que des scientifiques nucléaires. Avec l'implication du NII-9, puis de l'IPPE, une coopération se développe, qui prend pour idéologie la création d'une poussée minimale (environ 3,6 tf), mais un "vrai" moteur d'été avec un réacteur "direct" IR- 100 (test ou recherche, d'une capacité de 100 MW, concepteur en chef - Yu.A. Treskin). Soutenu par des décrets gouvernementaux, NII-1 a construit des supports à arc électrique qui ont invariablement frappé l'imagination - des dizaines de cylindres de 6 à 8 m de haut, d'immenses chambres horizontales d'une puissance de plus de 80 kW et du verre blindé dans des boîtes. Les participants aux réunions se sont inspirés d'affiches colorées avec des plans de vols vers la Lune, Mars, etc. Il a été supposé que dans le processus de création et de test du NRE, les problèmes de conception, de plan technologique et physique seraient résolus.

Selon R. Kotelnikov, l'affaire a malheureusement été compliquée par la position peu claire des hommes-fusées. Le ministère de la Génie mécanique général (MOM) a financé avec beaucoup de difficulté le programme d'essais et la construction de la base du banc. Il semblait que l'OIM n'avait pas le désir ou la capacité de promouvoir le programme YARD.

À la fin des années 1960, le soutien des concurrents de NII-1 - IAE, PNITI et NII-8 - était beaucoup plus sérieux. Le ministère de la construction de machines moyennes (les « scientifiques de l'atome ») a activement soutenu leur développement ; le réacteur "boucle" IVG (avec un noyau et des assemblages de canaux centraux de type tige développés par NII-9) a finalement été mis en avant au début des années 1970 ; il a commencé à tester des assemblages combustibles.

Maintenant, 30 ans plus tard, il semble que la ligne IAE était plus correcte: d'abord - une boucle "terre" fiable - testant des barres de combustible et des assemblages, puis créant un vol NRE de la puissance requise. Mais ensuite, il semblait qu'il était possible de fabriquer très rapidement un vrai moteur, fût-il petit ... Cependant, depuis que la vie a montré qu'il n'y avait aucun besoin objectif (ni même subjectif) d'un tel moteur (à cela, nous pouvons ajouter que la gravité des aspects négatifs de cette orientation, par exemple, les accords internationaux sur dispositifs nucléaires dans l'espace, a d'abord été largement sous-estimé), puis le programme fondamental, dont les objectifs n'étaient ni étroits ni spécifiques, s'est avéré d'autant plus correct et productif.

Le 1er juillet 1965, la conception préliminaire du réacteur IR-20-100 a été envisagée. L'aboutissement est la publication du projet technique d'assemblages combustibles IR-100 (1967), composé de 100 crayons (UC-ZrC-NbC et UC-ZrC-C pour les sections d'entrée et UC-ZrC-NbC pour la sortie). NII-9 était prêt pour la production d'un grand lot d'éléments de base pour le futur noyau IR-100. Le projet était très progressif: après environ 10 ans, il a été utilisé dans la zone de l'appareil 11B91 sans pratiquement aucun changement significatif, et même maintenant, toutes les solutions principales sont conservées dans des assemblages de réacteurs similaires à d'autres fins, avec un degré complètement différent de calcul et de justification expérimentale.

La partie "fusée" du premier nucléaire domestique RD-0410 a été développée au Bureau de conception d'automatisation chimique de Voronezh (KBKhA), la partie "réacteur" (réacteur à neutrons et problèmes de radioprotection) - par l'Institut de physique et d'énergie (Obninsk ) et l'Institut Kourtchatov de l'énergie atomique.

KBHA est connue pour son travail dans le domaine des moteurs-fusées pour missiles balistiques, engins spatiaux et lanceurs. Environ 60 échantillons ont été développés ici, dont 30 ont été amenés à la production de masse. À KBHA, en 1986, le moteur oxygène-hydrogène à chambre unique le plus puissant du pays, le RD-0120 avec une poussée de 200 tf, a également été créé, qui a été utilisé comme moteur de marche au deuxième étage du complexe Energia-Buran. Le nucléaire RD-0410 a été créé conjointement avec de nombreuses entreprises de défense, bureaux d'études et instituts de recherche.

Selon le concept adopté, de l'hydrogène liquide et de l'hexane (un additif inhibiteur qui réduit l'hydrogénation des carbures et augmente la ressource en éléments combustibles) ont été introduits à l'aide de TNA dans un réacteur à neutrons thermiques hétérogènes avec des assemblages combustibles entourés d'un modérateur d'hydrure de zirconium. . Leurs coquilles étaient refroidies à l'hydrogène. Le réflecteur avait des entraînements pour faire tourner les éléments absorbants (cylindres en carbure de bore). TNA comprenait une pompe centrifuge à trois étages et une turbine axiale à un étage.

Pendant cinq ans, de 1966 à 1971, les bases de la technologie des moteurs-réacteurs ont été créées, et quelques années plus tard, une puissante base expérimentale appelée "expédition n ° 10" a été mise en service, plus tard une expédition expérimentale de NPO "Luch » sur le site d'essais nucléaires de Semipalatinsk.
Des difficultés particulières ont été rencontrées lors des tests. Il était impossible d'utiliser des supports conventionnels pour lancer un NRE à grande échelle en raison des radiations. Il a été décidé de tester le réacteur sur le site d'essais nucléaires de Semipalatinsk et la «partie fusée» à NIIkhimmash (Zagorsk, aujourd'hui Sergiev Posad).

Pour étudier les processus intra-chambre, plus de 250 essais ont été réalisés sur 30 "moteurs froids" (sans réacteur). La chambre de combustion du LRE oxygène-hydrogène 11D56 développé par KBkhimmash (concepteur en chef A.M. Isaev) a été utilisée comme élément chauffant modèle. Le temps de fonctionnement maximal était de 13 000 secondes avec une ressource déclarée de 3 600 secondes.

Pour tester le réacteur sur le site d'essai de Semipalatinsk, deux mines spéciales avec des salles de service souterraines ont été construites. L'un des puits relié à un réservoir souterrain d'hydrogène gazeux comprimé. L'utilisation de l'hydrogène liquide a été abandonnée pour des raisons financières.

En 1976, le premier démarrage en puissance du réacteur IVG-1 a été réalisé. Parallèlement, un stand a été créé à l'OE pour tester la version "moteur" du réacteur IR-100, et quelques années plus tard, il a été testé à différentes puissances (l'un des IR-100 a ensuite été converti en un réacteur à basse -réacteur de recherche en science des matériaux de puissance, toujours en activité).

Avant le lancement expérimental, le réacteur a été descendu dans le puits à l'aide d'un portique installé en surface. Après le démarrage du réacteur, l'hydrogène est entré dans la «chaudière» par le bas, s'est chauffé jusqu'à 3000 K et a jailli de la mine comme un courant ardent. Malgré la radioactivité insignifiante des gaz sortants, il n'était pas permis d'être à l'extérieur dans un rayon d'un kilomètre et demi du site d'essai pendant la journée. Il était impossible d'approcher la mine elle-même pendant un mois. Un tunnel souterrain d'un kilomètre et demi menait de la zone de sécurité, d'abord à un bunker, puis de celui-ci à un autre, situé près des mines. Les spécialistes se déplaçaient le long de ces "couloirs" particuliers.

Ievlev Vitaly Mikhaïlovitch

Les résultats des expériences menées avec le réacteur en 1978-1981 ont confirmé l'exactitude des solutions constructives. En principe, le YARD a été créé. Il restait à connecter les deux parties et à effectuer des tests complets.

Vers 1985, le RD-0410 (selon une autre notation 11B91) aurait pu effectuer son premier vol spatial. Mais pour cela, il était nécessaire de développer une unité d'overclocking basée sur celle-ci. Malheureusement, ce travail n'a été commandé par aucun bureau de conception d'espace, et il y a plusieurs raisons à cela. La principale est la soi-disant Perestroïka. Des étapes imprudentes ont conduit au fait que toute l'industrie spatiale est instantanément tombée en disgrâce et, en 1988, les travaux sur les moteurs de fusées nucléaires en URSS (alors l'URSS existait encore) ont été arrêtés. Cela s'est produit non pas à cause de problèmes techniques, mais pour des raisons idéologiques momentanées.Et en 1990, l'inspirateur idéologique des programmes YARD en URSS, Vitaly Mikhailovich Ievlev, est décédé ...

Quels sont les principaux succès que les promoteurs ont obtenus en créant le YRD du schéma « A » ?

Plus d'une douzaine d'essais à grande échelle ont été effectués sur le réacteur IVG-1 et les résultats suivants ont été obtenus: la température maximale de l'hydrogène est de 3100 K, l'impulsion spécifique est de 925 s, le dégagement de chaleur spécifique peut atteindre 10 MW /l, la ressource totale est supérieure à 4000 sec avec 10 démarrages de réacteur consécutifs. Ces résultats dépassent de loin les réalisations américaines dans les zones de graphite.

Il convient de noter que sur toute la période des essais NRE, malgré l'échappement ouvert, la libération de fragments de fission radioactifs n'a pas dépassé les limites autorisées ni sur le site d'essai ni à l'extérieur de celui-ci, et n'a pas été enregistrée sur le territoire des États voisins.

Le résultat le plus important des travaux a été la création d'une technologie domestique pour de tels réacteurs, la production de nouveaux matériaux réfractaires, et le fait de créer un réacteur-moteur a donné lieu à un certain nombre de nouveaux projets et idées.

Bien que la poursuite du développement de ces NRE ait été suspendue, les réalisations obtenues sont uniques non seulement dans notre pays, mais également dans le monde. Cela a été confirmé à plusieurs reprises dans dernières années lors de symposiums internationaux sur l'énergie spatiale, ainsi que lors de réunions de spécialistes nationaux et américains (lors de ces dernières, il a été reconnu que le stand du réacteur IVG est le seul appareil d'essai opérationnel au monde aujourd'hui pouvant jouer un rôle important dans le développement expérimental de assemblages combustibles et centrales nucléaires).

sources
http://newsreaders.ru
http://marsiada.ru
http://vpk-news.ru/news/14241

L'article original est sur le site InfoGlaz.rf Lien vers l'article à partir duquel cette copie est réalisée -

Cour d'impulsion a été développé conformément au principe proposé en 1945 par le Dr S. Ulam du Laboratoire de recherche de Los Alamos, selon lequel il est proposé d'utiliser une charge nucléaire comme source d'énergie (carburant) pour un lanceur de fusée spatiale à haute performance.

À cette époque, comme dans de nombreuses années à venir, les armes nucléaires et thermonucléaires étaient les sources d'énergie les plus puissantes et les plus compactes par rapport à toutes les autres. Comme vous le savez, nous sommes actuellement sur le point de découvrir des moyens de contrôler une source d'énergie encore plus concentrée, puisque nous avons déjà avancé assez loin dans le développement de la première unité utilisant l'antimatière. Si nous procédons uniquement à partir de la quantité d'énergie disponible, les charges nucléaires fournissent une poussée spécifique de plus de 200 000 secondes, et les thermonucléaires - jusqu'à 400 000 secondes. De telles valeurs de poussées spécifiques sont excessivement élevées pour la plupart des vols à l'intérieur système solaire. De plus, lors de l'utilisation du combustible nucléaire sous sa forme "pure", de nombreux problèmes se posent qui, même à l'heure actuelle, n'ont pas encore été entièrement résolus. Ainsi, l'énergie libérée lors de l'explosion doit être transférée au fluide de travail, qui se réchauffe puis s'écoule du moteur, créant une poussée. Conformément aux méthodes habituelles pour résoudre un tel problème, une charge nucléaire est placée dans une "chambre de combustion" remplie d'un fluide de travail (par exemple, de l'eau ou une autre substance liquide), qui s'évapore puis se dilate plus ou moins de diabaticité dans la tuyère.

Un tel système, que nous appelons un NRE pulsé interne, est très efficace, car tous les produits de l'explosion et toute la masse du fluide de travail sont utilisés pour créer une poussée. Un cycle de travail non stationnaire permet à un tel système de se développer davantage hautes pressions et température dans la chambre de combustion, et par conséquent, une poussée spécifique plus élevée par rapport à un cycle de fonctionnement continu. Cependant, le fait même que les explosions se produisent à l'intérieur d'un certain volume impose des restrictions importantes sur la pression et la température dans la chambre, et donc sur la valeur réalisable de la poussée spécifique. De ce fait, malgré les nombreux avantages d'un NRE à impulsion interne, un NRE à impulsion externe s'est avéré plus simple et plus efficace en raison de l'utilisation de la quantité gigantesque d'énergie libérée lors des explosions nucléaires.

Dans le NRE d'action externe, la masse entière du carburant et du fluide de travail ne participe pas à la création de la poussée du jet. Cependant, ici, même avec une efficacité moindre. plus d'énergie est utilisée, ce qui améliore les performances du système. Une impulsion externe NRE (appelée ci-après simplement une impulsion NRE) utilise l'énergie d'une explosion d'un grand nombre de petites charges nucléaires transportées à bord d'un missile. Ces charges nucléaires sont séquentiellement éjectées de la fusée et explosées derrière elle à une certaine distance ( dessin ci-dessous). À chaque explosion, une partie des fragments de fission gazeux en expansion sous forme de plasma à haute densité et vitesse entre en collision avec la base de la fusée - la plate-forme de poussée. L'élan du plasma est transféré à la plate-forme de poussée, qui avance à une accélération élevée. L'accélération est réduite par un dispositif d'amortissement à quelques g dans le compartiment avant de la fusée, qui ne dépasse pas les limites d'endurance du corps humain. Après le cycle de compression, le dispositif d'amortissement ramène la plate-forme de poussée dans sa position initiale, après quoi elle est prête pour l'impulsion suivante.

L'incrément de vitesse total acquis par l'engin spatial ( image, emprunté au travail ), dépend du nombre d'explosions et, par conséquent, est déterminé par le nombre de charges nucléaires dépensées dans une manœuvre donnée. Le développement systématique d'une conception pour un tel NRE a été initié par le Dr T. B. Taylor (General Atomic Division of General Dynamics) et s'est poursuivi avec le soutien de la Research Advanced Planning Administration (ARPA), de l'US Air Force, de la NASA et de General Dynamics" pendant neuf ans, après quoi les travaux dans ce sens ont été temporairement arrêtés pour reprendre à l'avenir, puisque ce type de système de propulsion a été choisi comme l'un des deux principaux systèmes de propulsion pour les engins spatiaux volant dans le système solaire.

Le principe de fonctionnement d'un YARD pulsé d'action extérieure

Une première version de l'installation, développée par la NASA en 1964-1965, était comparable (en diamètre) à la fusée Saturn-5 et fournissait une poussée spécifique de 2500 s et une poussée effective de 350 g ; le poids «sec» (sans carburant) du compartiment moteur principal était de 90,8 tonnes.La version initiale du moteur-fusée nucléaire pulsé utilisait les charges nucléaires mentionnées précédemment, et on supposait qu'il fonctionnerait en orbite terrestre basse et dans la zone des ceintures de rayonnement en raison du danger de contamination radioactive de l'atmosphère par les produits de désintégration libérés lors des explosions. Ensuite, la poussée spécifique des moteurs de fusée nucléaires pulsés a été portée à 10 000 secondes, et les capacités potentielles de ces moteurs ont permis de doubler ce chiffre à l'avenir.

Un système de propulsion NRE pulsé a peut-être déjà été développé dans les années 1970 afin d'effectuer le premier vol spatial habité vers les planètes au début des années 1980. Cependant, le développement de ce projet n'a pas été mené à bien en raison de l'approbation du programme de création d'une NRE en phase solide. De plus, le développement de la NRE pulsée a été associé à problème politique parce qu'il a utilisé des armes nucléaires.

Erike K.A. (Krafft A. Ehricke)