Cơ chế của trò chơi bài. Giới thiệu về Thiết kế trò chơi: Trạng thái trò chơi, hạt trò chơi, cơ chế và các thành phần cơ bản khác của trò chơi. Tại sao chỉ có ít hơn một chục trò chơi hội đồng nội địa được phát hành một năm

Động cơ tên lửa hạt nhân - động cơ tên lửa, nguyên lý hoạt động dựa trên phản ứng hạt nhân hoặc phân rã phóng xạ, trong khi năng lượng được giải phóng làm nóng chất lỏng hoạt động, có thể là sản phẩm phản ứng hoặc một số chất khác, chẳng hạn như hydro.

Chúng ta hãy xem xét các tùy chọn và nguyên tắc từ hành động ...

Có một số loại động cơ tên lửa sử dụng nguyên lý hoạt động đã mô tả ở trên: hạt nhân, đồng vị phóng xạ, nhiệt hạch. Sử dụng động cơ tên lửa hạt nhân, giá trị xung cụ thể có thể thu được cao hơn đáng kể so với giá trị xung có thể thu được từ động cơ tên lửa hóa học. Giá trị cao của xung cụ thể được giải thích bằng tốc độ cao của dòng chất lỏng làm việc - khoảng 8-50 km / s. Lực đẩy của động cơ hạt nhân có thể so sánh với lực đẩy của động cơ hóa học, điều này sẽ khiến trong tương lai có thể thay thế tất cả động cơ hóa học bằng động cơ hạt nhân.

Trở ngại chính để thay thế hoàn toàn là sự ô nhiễm phóng xạ trong môi trường do động cơ tên lửa hạt nhân gây ra.

Chúng được chia thành hai loại - rắn và pha khí. Trong loại động cơ đầu tiên, chất phân hạch được đặt trong các cụm thanh có bề mặt phát triển. Điều này cho phép bạn làm nóng hiệu quả chất lỏng làm việc ở dạng khí, thường hydro đóng vai trò là chất lỏng làm việc. Tốc độ dòng ra bị giới hạn bởi nhiệt độ tối đa của chất lỏng làm việc, do đó, trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ tối đa cho phép của các phần tử kết cấu và nó không vượt quá 3000 K. Trong động cơ tên lửa hạt nhân pha khí, chất phân hạch nằm trong một trạng thái khí. Sự lưu giữ của nó trong vùng làm việc được thực hiện thông qua tác động của trường điện từ. Đối với loại động cơ tên lửa hạt nhân này, các yếu tố cấu trúc không phải là yếu tố ngăn cản, do đó tốc độ của chất lỏng hoạt động có thể vượt quá 30 km / s. Chúng có thể được sử dụng như động cơ giai đoạn đầu, bất kể rò rỉ vật liệu phân hạch.

Vào những năm 70. Thế kỷ XX. Ở Mỹ và Liên Xô, động cơ tên lửa hạt nhân bằng vật liệu phân hạch pha rắn đã được thử nghiệm tích cực. Tại Hoa Kỳ, một chương trình đã được phát triển để tạo ra một động cơ tên lửa hạt nhân thử nghiệm theo chương trình NERVA.

Người Mỹ đã phát triển một lò phản ứng graphite làm mát bằng hydro lỏng được làm nóng, hóa hơi và phóng ra qua vòi phun của tên lửa. Sự lựa chọn của than chì được quyết định bởi khả năng chịu nhiệt độ của nó. Theo dự án này, xung lực cụ thể của động cơ thu được gấp đôi đặc tính chỉ thị tương ứng của động cơ hóa học, với lực đẩy 1100 kN. Lò phản ứng Nerva được cho là hoạt động như một phần của giai đoạn thứ ba của phương tiện phóng Saturn V, nhưng do chương trình mặt trăng đóng cửa và không có các nhiệm vụ khác cho động cơ tên lửa lớp này, lò phản ứng chưa bao giờ được thử nghiệm trên thực tế.

Một động cơ tên lửa hạt nhân pha khí hiện đang được phát triển về mặt lý thuyết. Trong động cơ hạt nhân pha khí, nó được thiết kế để sử dụng plutonium, một dòng khí chuyển động chậm được bao quanh bởi một dòng hydro làm mát nhanh hơn. Các thí nghiệm được thực hiện trên các trạm vũ trụ quay quanh MIR và ISS, có thể tạo động lực cho sự phát triển hơn nữa của động cơ pha khí.

Ngày nay, có thể nói rằng Nga đã hơi "đóng băng" nghiên cứu của mình trong lĩnh vực hệ thống đẩy hạt nhân. Công việc của các nhà khoa học Nga tập trung nhiều hơn vào việc phát triển và cải tiến các tổ máy và tổ hợp cơ bản của các nhà máy điện hạt nhân, cũng như việc thống nhất chúng. Hướng ưu tiên của các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này là chế tạo hệ thống động cơ đẩy năng lượng hạt nhân có khả năng hoạt động ở hai chế độ. Đầu tiên là chế độ của động cơ tên lửa hạt nhân, và chế độ thứ hai là chế độ lắp đặt phát điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị lắp đặt trên tàu vũ trụ.

Nga đã và vẫn là nước dẫn đầu trong lĩnh vực năng lượng vũ trụ hạt nhân. Các tổ chức như RSC Energia và Roskosmos có kinh nghiệm trong việc thiết kế, xây dựng, phóng và vận hành các tàu vũ trụ được trang bị nguồn năng lượng hạt nhân. Động cơ hạt nhân giúp máy bay có thể vận hành trong nhiều năm, tăng tính phù hợp thực tế của chúng lên nhiều lần.

Biên niên sử

Đồng thời, việc đưa một thiết bị nghiên cứu lên quỹ đạo của các hành tinh xa xôi của Hệ Mặt trời đòi hỏi nguồn tài nguyên của việc lắp đặt hạt nhân đó phải tăng lên 5-7 năm. Người ta đã chứng minh rằng một khu phức hợp với hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân với công suất khoảng 1 MW như một phần của tàu vũ trụ nghiên cứu sẽ cung cấp tốc độ đưa vệ tinh nhân tạo của các hành tinh xa nhất, các hành tinh đi qua bề mặt vệ tinh tự nhiên của các hành tinh này. và chuyển đất đến Trái đất từ ​​các sao chổi, tiểu hành tinh, sao Thủy, và các vệ tinh của sao Mộc và sao Thổ.

Kéo có thể tái sử dụng (MB)

Một trong những cách quan trọng nhất để nâng cao hiệu quả của hoạt động vận tải trong không gian là sử dụng tái sử dụng các yếu tố của hệ thống giao thông. Một động cơ hạt nhân cho tàu vũ trụ có công suất ít nhất 500 kW cho phép bạn tạo ra một lực kéo có thể tái sử dụng và do đó làm tăng đáng kể hiệu quả của hệ thống vận chuyển vũ trụ đa liên kết. Một hệ thống như vậy đặc biệt hữu ích trong chương trình đảm bảo các luồng hàng hóa lớn hàng năm. Một ví dụ sẽ là chương trình thám hiểm mặt trăng với việc tạo ra và duy trì một căn cứ có thể sinh sống được mở rộng liên tục và các tổ hợp công nghệ và công nghiệp thử nghiệm.

Tính toán doanh thu hàng hóa

Theo các nghiên cứu thiết kế của RSC Energia, trong quá trình xây dựng căn cứ, các mô-đun nặng khoảng 10 tấn sẽ được đưa lên bề mặt Mặt Trăng, lên đến 30 tấn vào quỹ đạo Mặt Trăng. Căn cứ Mặt Trăng và một trạm quỹ đạo Mặt Trăng được thăm viếng ước tính khoảng 700-800 tấn, và lưu lượng hàng hóa hàng năm để đảm bảo hoạt động và phát triển của căn cứ là 400-500 tấn.

Tuy nhiên, nguyên lý hoạt động của động cơ hạt nhân không cho phép tàu vận tải tăng tốc đủ nhanh. Do thời gian vận chuyển dài và do đó, thời gian đáng kể của trọng tải trong các vành đai bức xạ của Trái đất, không phải tất cả hàng hóa đều có thể được vận chuyển bằng tàu kéo chạy bằng năng lượng hạt nhân. Do đó, lưu lượng hàng hóa có thể được cung cấp trên cơ sở các hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân ước tính chỉ khoảng 100-300 tấn / năm.

Hiệu quả kinh tế

Là một tiêu chí cho hiệu quả kinh tế của hệ thống vận tải liên quỹ đạo, nên sử dụng giá trị của đơn giá vận chuyển một đơn vị khối lượng của tải trọng (GHG) từ bề mặt Trái đất đến quỹ đạo mục tiêu. RSC Energia đã phát triển một mô hình kinh tế và toán học có tính đến các thành phần chính của chi phí trong hệ thống giao thông:

• để tạo và phóng mô-đun kéo lên quỹ đạo;
• để mua một hệ thống lắp đặt hạt nhân đang hoạt động;
• chi phí vận hành cũng như chi phí R&D và chi phí vốn tiềm năng.

Các chỉ tiêu chi phí phụ thuộc vào các thông số tối ưu của MB. Sử dụng mô hình này, so sánh hiệu quả kinh tế của việc sử dụng tàu kéo có thể tái sử dụng dựa trên hệ thống đẩy năng lượng hạt nhân với công suất khoảng 1 MW và tàu kéo một lần dựa trên các tàu chạy bằng chất lỏng có triển vọng trong chương trình để đảm bảo cung cấp một trọng tải có tổng khối lượng 100 tấn / năm từ Trái đất lên quỹ đạo Mặt trăng với độ cao 100 km đã được khảo sát. Khi sử dụng cùng một phương tiện phóng có sức chở tương đương với phương tiện phóng Proton-M và một sơ đồ phóng hai lần để xây dựng hệ thống vận tải, thì đơn giá của việc cung cấp một đơn vị khối lượng trọng tải sử dụng một tàu kéo chạy bằng năng lượng hạt nhân sẽ là thấp hơn ba lần so với khi sử dụng tàu kéo dùng một lần dựa trên tên lửa có động cơ đẩy chất lỏng, kiểu DM-3.

Đầu ra

Một động cơ hạt nhân hiệu quả cho không gian góp phần giải quyết các vấn đề môi trường của Trái đất, chuyến bay của con người lên sao Hỏa, tạo ra một hệ thống truyền năng lượng không dây trong không gian, việc thực hiện với việc tăng cường an toàn xử lý trong không gian, đặc biệt là chất thải phóng xạ nguy hại từ năng lượng hạt nhân trên mặt đất, việc tạo ra một cơ sở có thể sinh sống được trên Mặt trăng và sự khởi đầu của sự phát triển công nghiệp trên Mặt trăng, đảm bảo bảo vệ Trái đất khỏi nguy cơ tiểu hành tinh-sao chổi.

Thông thường, trong các ấn phẩm giáo dục phổ thông về du hành vũ trụ, họ không phân biệt giữa động cơ tên lửa hạt nhân (NRM) và hệ thống đẩy tên lửa hạt nhân (NEPP). Tuy nhiên, những chữ viết tắt này không chỉ che giấu sự khác biệt trong các nguyên tắc chuyển đổi năng lượng hạt nhân thành công suất của lực đẩy tên lửa, mà còn là một lịch sử rất ấn tượng về sự phát triển của du hành vũ trụ.

Kịch tính của lịch sử nằm ở chỗ, nếu các nghiên cứu về nhà máy điện hạt nhân và nhà máy điện hạt nhân ở Liên Xô và Hoa Kỳ, chủ yếu dừng lại vì lý do kinh tế, tiếp tục, thì các chuyến bay của con người đến sao Hỏa từ lâu đã trở thành chuyện bình thường. .

Tất cả bắt đầu với máy bay khí quyển với động cơ hạt nhân ramjet

Các động cơ được phát triển như một phần của dự án Pluto được lên kế hoạch lắp đặt trên tên lửa hành trình, được tạo ra vào những năm 1950 với tên gọi SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, tên lửa tầm thấp siêu thanh).

Tại Hoa Kỳ, họ đã lên kế hoạch chế tạo một tên lửa dài 26,8 m, đường kính 3 m và nặng 28 tấn. Thân tên lửa được cho là nơi chứa đầu đạn hạt nhân, cũng như hệ thống đẩy hạt nhân, có chiều dài 1,6 mét và đường kính 1,5 mét. So với các kích thước khác, thiết bị trông rất nhỏ gọn, điều này giải thích nguyên tắc hoạt động của dòng chảy trực tiếp.

Các nhà phát triển tin rằng, nhờ động cơ hạt nhân, tầm bắn của tên lửa SLAM sẽ đạt ít nhất 182 nghìn km.

Năm 1964, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đóng cửa dự án. Lý do chính thức là trong chuyến bay, một tên lửa hành trình chạy bằng năng lượng hạt nhân gây ô nhiễm mọi thứ xung quanh quá nhiều. Nhưng trên thực tế, nguyên nhân là do chi phí đáng kể để bảo trì những tên lửa như vậy, đặc biệt là vào thời điểm đó, tên lửa dựa trên động cơ tên lửa đẩy chất lỏng đang phát triển nhanh chóng, việc bảo dưỡng chúng rẻ hơn nhiều.

Liên Xô vẫn trung thành với ý tưởng tạo ra động cơ tên lửa chạy bằng năng lượng hạt nhân dòng trực tiếp trong thời gian dài hơn nhiều so với Hoa Kỳ, họ chỉ đóng cửa dự án vào năm 1985. Nhưng kết quả còn đáng kể hơn nhiều. Do đó, động cơ tên lửa hạt nhân đầu tiên và duy nhất của Liên Xô được phát triển tại phòng thiết kế Khimavtomatika, Voronezh. Đây là RD-0410 (chỉ số GRAU - 11B91, còn được gọi là "Irbit" và "IR-100").

Trong RD-0410, một lò phản ứng nhiệt dị thể đã được sử dụng, hyđrua zirconi đóng vai trò điều tiết, phản xạ nơtron được làm bằng berili, và nhiên liệu hạt nhân là vật liệu dựa trên cacbua uranium và vonfram, với độ làm giàu đồng vị 235 khoảng 80%.

Thiết kế bao gồm 37 cụm nhiên liệu được phủ lớp cách nhiệt ngăn cách chúng với bộ điều tiết. Dự án cung cấp rằng dòng hydro đầu tiên đi qua gương phản xạ và bộ điều chỉnh, duy trì nhiệt độ của chúng ở nhiệt độ phòng, sau đó đi vào lõi, nơi nó làm mát các cụm nhiên liệu, đồng thời làm nóng lên đến 3100 K. Tại giá đỡ, bộ phản xạ và bộ điều độ đã được làm mát bằng một dòng hydro riêng biệt.

Lò phản ứng đã trải qua một loạt các thử nghiệm quan trọng, nhưng chưa bao giờ được kiểm tra trong toàn bộ thời gian hoạt động của nó. Tuy nhiên, bên ngoài các đơn vị lò phản ứng đã hoàn toàn hoạt động.

Thông số kỹ thuật RD 0410

Lực đẩy hư không: 3,59 tf (35,2 kN)
Nhiệt điện của lò phản ứng: 196 MW
Xung lực đẩy riêng trong chân không: 910 kgf s / kg (8927 m / s)
Số lần bắt đầu: 10
Nguồn công việc: 1 giờ
Thành phần nhiên liệu: chất lỏng làm việc - hydro lỏng, chất phụ trợ - heptan
Trọng lượng với tấm chắn bức xạ: 2 tấn
Kích thước động cơ: chiều cao 3,5m, đường kính 1,6m.

Kích thước và trọng lượng tổng thể tương đối nhỏ, nhiệt độ cao của nhiên liệu hạt nhân (3100 K) với hệ thống làm mát hiệu quả bằng dòng hydro cho thấy RD0410 là nguyên mẫu gần như lý tưởng của động cơ tên lửa hạt nhân cho tên lửa hành trình hiện đại. Và, tính đến các công nghệ hiện đại để thu được nhiên liệu hạt nhân tự ngừng, việc tăng nguồn tài nguyên từ một giờ lên vài giờ là một nhiệm vụ rất thực tế.

Thiết kế động cơ tên lửa hạt nhân

Có ba loại NRE tùy theo loại nhiên liệu cho lò phản ứng:

• chất rắn;
• pha lỏng;
• pha khí.

Trong NRE pha khí, nhiên liệu (ví dụ, uranium) và chất lỏng làm việc ở trạng thái khí (ở dạng plasma) và được giữ trong vùng làm việc bởi một trường điện từ. Plasma uranium bị nung nóng đến hàng chục nghìn độ sẽ truyền nhiệt cho môi trường làm việc (ví dụ, hydro), sau đó, khi được nung nóng đến nhiệt độ cao sẽ tạo thành dòng phản lực.

Theo loại phản ứng hạt nhân, động cơ tên lửa đồng vị phóng xạ, động cơ tên lửa nhiệt hạch và động cơ hạt nhân (năng lượng phân hạch hạt nhân được sử dụng) được phân biệt.

Một lựa chọn thú vị cũng là NRE xung - nó được đề xuất sử dụng điện tích hạt nhân làm nguồn năng lượng (nhiên liệu). Việc lắp đặt như vậy có thể thuộc loại bên trong và bên ngoài.

Những ưu điểm chính của NRE là:

• xung cụ thể cao;
• lưu trữ năng lượng đáng kể;
• độ nhỏ gọn của hệ thống đẩy;
• khả năng đạt được lực đẩy rất cao - hàng chục, hàng trăm và hàng nghìn tấn trong chân không.

• dòng bức xạ xuyên qua (bức xạ gamma, nơtron) trong phản ứng hạt nhân;
• vận chuyển các hợp chất uranium có tính phóng xạ cao và các hợp kim của nó;
• sự thoát ra của khí phóng xạ với một chất lỏng hoạt động.

Hệ thống đẩy hạt nhân

Vì vậy, chẳng hạn, nhà khoa học lỗi lạc người Nga Anatoly Sazonovich Koroteev, tác giả của phát minh theo bằng sáng chế, đã đưa ra giải pháp kỹ thuật về cấu tạo thiết bị cho một lò phản ứng hạt nhân hiện đại. Hơn nữa, tôi trích dẫn nguyên văn một phần của tài liệu bằng sáng chế đã nói và không có bình luận.

Bản chất của giải pháp kỹ thuật được đề xuất được minh họa bằng sơ đồ thể hiện trong bản vẽ. Một nhà máy điện hạt nhân hoạt động ở chế độ năng lượng đẩy có chứa hệ thống đẩy điện (EPPU) (ví dụ: sơ đồ cho thấy hai động cơ đẩy điện 1 và 2 với các hệ thống cung cấp tương ứng 3 và 4), một tổ máy phản ứng 5, một tuabin 6 , máy nén 7, máy phát 8, bộ trao đổi nhiệt-bộ thu hồi nhiệt 9, ống xoáy Ranque-Hilsch 10, bộ tản nhiệt tủ lạnh 11. Trong trường hợp này, tuabin 6, máy nén 7 và máy phát 8 được kết hợp thành một đơn vị duy nhất - máy phát tuabin -máy nén. Nhà máy điện hạt nhân được trang bị đường ống 12 của chất lỏng làm việc và đường điện 13 nối máy phát điện 8 và EPP. Bộ trao đổi nhiệt-bộ thu hồi nhiệt 9 có cái gọi là nhiệt độ cao 14 và nhiệt độ thấp 15 đầu vào của chất lỏng làm việc, cũng như nhiệt độ cao 16 và 17 cửa ra nhiệt độ thấp của chất lỏng làm việc.

Đầu ra của lò phản ứng 5 được nối với đầu vào của tuabin 6, đầu ra của tuabin 6 được nối với đầu vào nhiệt độ cao 14 của thiết bị thu hồi nhiệt 9. Cửa ra nhiệt độ thấp 15 của thiết bị trao đổi nhiệt -recuperator 9 được kết nối với đầu vào tới ống xoáy Rank-Hilsch 10. Ống xoáy Rank-Hilsch 10 có hai đầu ra, một trong số đó (thông qua chất lỏng làm việc "nóng") được kết nối với tủ lạnh tản nhiệt 11, và khác (thông qua chất lỏng làm việc "lạnh") được kết nối với đầu vào của máy nén 7. Đầu ra của tủ lạnh tỏa nhiệt 11 cũng được kết nối với đầu vào của máy nén 7. 7 được kết nối với đầu vào nhiệt độ thấp 15 tới bộ thu hồi nhiệt. 9. Đầu ra nhiệt độ cao 16 của thiết bị thu hồi nhiệt 9 được kết nối với đầu vào của bộ phận lắp đặt lò phản ứng 5. Do đó, các phần tử chính của nhà máy điện hạt nhân được kết nối với nhau bằng một mạch duy nhất của chất lỏng làm việc.

YaEDU hoạt động như sau. Chất lỏng làm việc được đốt nóng trong tổ máy phản ứng 5 được dẫn đến tuabin 6, đảm bảo hoạt động của máy nén 7 và máy phát 8 của máy phát - máy nén tuabin. Máy phát điện 8 tạo ra năng lượng điện, được dẫn qua đường điện 13 đến động cơ tên lửa điện 1 và 2 và hệ thống cung cấp 3 và 4 của chúng, đảm bảo hoạt động của chúng. Sau khi ra khỏi tuabin 6, chất lỏng làm việc được dẫn qua đầu vào nhiệt độ cao 14 đến bộ thu hồi nhiệt - bộ trao đổi nhiệt 9, tại đây chất lỏng làm việc được làm mát một phần.

Sau đó, từ cửa ra nhiệt độ thấp 17 của bộ thu hồi nhiệt 9, chất lỏng làm việc được dẫn đến ống xoáy Rank-Hilsch 10, bên trong dòng chất lỏng làm việc được chia thành các thành phần "nóng" và "lạnh". Phần "nóng" của chất lỏng làm việc sau đó đi đến tủ lạnh tản nhiệt 11, tại đây phần chất lỏng làm việc này được làm mát một cách hiệu quả. Phần "lạnh" của chất lỏng làm việc đi vào đầu vào đến máy nén 7; sau khi làm mát, phần chất lỏng làm việc rời khỏi bộ tản nhiệt tủ lạnh 11 theo sau.

Máy nén 7 cung cấp chất lỏng làm việc đã làm mát đến bộ thu hồi nhiệt của bộ trao đổi nhiệt 9 thông qua đầu vào nhiệt độ thấp 15. Chất lỏng làm việc được làm mát này trong bộ thu hồi nhiệt của bộ trao đổi nhiệt 9 cung cấp làm mát một phần dòng ngược của chất lỏng làm việc đi vào bộ thu hồi nhiệt của bộ trao đổi nhiệt 9 từ tuabin 6 qua đầu vào nhiệt độ cao 14. Hơn nữa, Chất lỏng làm việc được làm nóng một phần (do trao đổi nhiệt với dòng ngược của chất lỏng làm việc từ tuabin 6) từ bộ trao đổi nhiệt-bộ thu hồi nhiệt 9 qua nhiệt độ cao cửa ra 16 lại đi vào tổ máy phản ứng 5, chu trình được lặp lại một lần nữa.

Do đó, một chất lỏng làm việc đơn lẻ nằm trong một vòng khép kín đảm bảo hoạt động liên tục của nhà máy điện hạt nhân và việc sử dụng ống xoáy Rank-Hilsch trong nhà máy điện hạt nhân phù hợp với giải pháp kỹ thuật đã đề xuất cung cấp một sự cải tiến về trọng lượng và kích thước đặc điểm của nhà máy điện hạt nhân, làm tăng độ tin cậy của hoạt động, đơn giản hóa thiết kế và có thể tăng hiệu suất của toàn bộ nhà máy điện hạt nhân.

Động cơ tên lửa lỏng giúp một người có thể đi vào không gian - vào quỹ đạo gần trái đất. Nhưng tốc độ của dòng phản lực trong động cơ phóng chất lỏng không vượt quá 4,5 km / s, và các chuyến bay đến các hành tinh khác đòi hỏi hàng chục km / giây. Một giải pháp khả thi là sử dụng năng lượng của phản ứng hạt nhân.

Việc chế tạo động cơ tên lửa hạt nhân (NRM) trên thực tế chỉ được thực hiện bởi Liên Xô và Hoa Kỳ. Năm 1955, Hoa Kỳ khởi động chương trình Rover để phát triển động cơ tên lửa hạt nhân cho tàu vũ trụ. Ba năm sau, vào năm 1958, NASA tham gia vào dự án, đặt ra một nhiệm vụ cụ thể cho các tàu có động cơ hạt nhân - một chuyến bay lên Mặt Trăng và Sao Hỏa. Kể từ thời điểm đó, chương trình được gọi là NERVA, viết tắt của "động cơ hạt nhân để lắp đặt trên tên lửa."

Đến giữa những năm 70, trong khuôn khổ chương trình này, người ta đã thiết kế một động cơ đẩy hạt nhân với lực đẩy khoảng 30 tấn (để so sánh, động cơ tên lửa lỏng thời đó có lực đẩy đặc trưng khoảng 700 tấn), nhưng với tốc độ thoát khí là 8,1 km / s. Tuy nhiên, vào năm 1973, chương trình đã bị đóng cửa do sự thay đổi lợi ích của Hoa Kỳ đối với tàu con thoi.

Ở Liên Xô, việc thiết kế động cơ tên lửa hạt nhân đầu tiên được thực hiện vào nửa sau những năm 50. Đồng thời, các nhà thiết kế Liên Xô, thay vì tạo ra một mô hình quy mô đầy đủ, đã bắt đầu chế tạo các bộ phận riêng biệt của NRM. Và sau đó những phát triển này đã được thử nghiệm trong sự tương tác với một lò phản ứng graphite xung (IGR) được thiết kế đặc biệt.

Trong những năm 70 và 80 của thế kỷ trước, phòng thiết kế "Salyut", phòng thiết kế "Khimavtomatiki" và NPO "Luch" đã tạo ra các dự án máy bay đẩy hạt nhân không gian RD-0411 và RD-0410 với lực đẩy 40 và 3,6 tấn , tương ứng. Trong quá trình thiết kế, nguyên mẫu lò phản ứng, động cơ lạnh và băng ghế dự bị đã được sản xuất để thử nghiệm.

Vào tháng 7 năm 1961, viện sĩ Liên Xô Andrei Sakharov đã công bố dự án vụ nổ hạt nhân tại một cuộc họp của các nhà khoa học hạt nhân hàng đầu ở Điện Kremlin. Vụ nổ có động cơ tên lửa đẩy chất lỏng thông thường để cất cánh, trong khi trong không gian, nó được cho là kích nổ các hạt nhân điện tích nhỏ. Các sản phẩm phân hạch phát sinh từ vụ nổ đã truyền xung lực của chúng tới con tàu, buộc nó phải bay. Tuy nhiên, vào ngày 5 tháng 8 năm 1963, một hiệp ước cấm các vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển, không gian vũ trụ và dưới nước đã được ký kết tại Moscow. Đây là lý do khiến chương trình vụ nổ hạt nhân bị đóng cửa.

Có thể là sự phát triển của NRM đã đi trước thời đại. Tuy nhiên, họ đã không quá sớm. Rốt cuộc, việc chuẩn bị cho một chuyến bay có người lái đến các hành tinh khác kéo dài vài thập kỷ, và các hệ thống đẩy cho nó phải được chuẩn bị trước.

Thiết kế động cơ tên lửa hạt nhân

Động cơ tên lửa hạt nhân (NRE) là động cơ phản lực trong đó năng lượng sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch hoặc phân rã hạt nhân làm nóng chất lỏng hoạt động (thường là hydro hoặc amoniac).

Có ba loại NRE tùy theo loại nhiên liệu cho lò phản ứng:

• chất rắn;
• pha lỏng;
• pha khí.

Đầy đủ nhất là chất rắn tùy chọn động cơ. Hình bên cho thấy một sơ đồ của NRE đơn giản nhất với một lò phản ứng nhiên liệu hạt nhân rắn. Chất lỏng làm việc nằm trong bể chứa bên ngoài. Với sự trợ giúp của một máy bơm, nó được đưa vào buồng động cơ. Trong buồng, chất lỏng làm việc được phun với sự trợ giúp của các vòi phun và tiếp xúc với nhiên liệu hạt nhân sinh nhiệt. Khi nóng lên, nó nở ra và bay ra khỏi buồng qua vòi phun với tốc độ cực lớn.

Pha lỏng- nhiên liệu hạt nhân trong lõi lò phản ứng của động cơ như vậy ở dạng lỏng. Thông số lực đẩy của động cơ như vậy cao hơn động cơ pha rắn do nhiệt độ của lò phản ứng cao hơn.

V pha khí Nhiên liệu NRE (ví dụ, uranium) và chất lỏng làm việc ở trạng thái khí (ở dạng plasma) và được giữ trong vùng làm việc bởi trường điện từ. Plasma uranium bị nung nóng đến hàng chục nghìn độ sẽ truyền nhiệt cho môi trường làm việc (ví dụ, hydro), đến lượt nó, được nung nóng đến nhiệt độ cao, tạo thành dòng phản lực.

Theo loại phản ứng hạt nhân, động cơ tên lửa đồng vị phóng xạ, động cơ tên lửa nhiệt hạch và động cơ hạt nhân (năng lượng phân hạch hạt nhân được sử dụng) được phân biệt.

Một lựa chọn thú vị cũng là NRE xung - nó được đề xuất sử dụng điện tích hạt nhân làm nguồn năng lượng (nhiên liệu). Việc lắp đặt như vậy có thể thuộc loại bên trong và bên ngoài.

Những ưu điểm chính của NRE là:

• xung cụ thể cao;
• lưu trữ năng lượng đáng kể;
• độ nhỏ gọn của hệ thống đẩy;
• khả năng đạt được lực đẩy rất cao - hàng chục, hàng trăm và hàng nghìn tấn trong chân không.

Nhược điểm chính là nguy cơ bức xạ cao của hệ thống đẩy:

• dòng bức xạ xuyên qua (bức xạ gamma, nơtron) trong phản ứng hạt nhân;
• vận chuyển các hợp chất uranium có tính phóng xạ cao và các hợp kim của nó;
• sự thoát ra của khí phóng xạ với một chất lỏng hoạt động.

Do đó, việc khởi động động cơ hạt nhân là không thể chấp nhận được đối với các vụ phóng từ bề mặt Trái đất do nguy cơ ô nhiễm phóng xạ.

Động cơ tên lửa hạt nhân - động cơ tên lửa, nguyên lý hoạt động dựa trên phản ứng hạt nhân hoặc phân rã phóng xạ, trong khi năng lượng được giải phóng làm nóng chất lỏng hoạt động, có thể là sản phẩm phản ứng hoặc một số chất khác, chẳng hạn như hydro. Có một số loại động cơ tên lửa sử dụng nguyên lý hoạt động đã mô tả ở trên: hạt nhân, đồng vị phóng xạ, nhiệt hạch. Sử dụng động cơ tên lửa hạt nhân, giá trị xung cụ thể có thể thu được cao hơn đáng kể so với giá trị xung có thể thu được từ động cơ tên lửa hóa học. Giá trị cao của xung cụ thể được giải thích bằng tốc độ cao của dòng chất lỏng làm việc - khoảng 8-50 km / s. Lực đẩy của động cơ hạt nhân có thể so sánh với lực đẩy của động cơ hóa học, điều này sẽ khiến trong tương lai có thể thay thế tất cả động cơ hóa học bằng động cơ hạt nhân.

Trở ngại chính để thay thế hoàn toàn là sự ô nhiễm phóng xạ trong môi trường do động cơ tên lửa hạt nhân gây ra.

Chúng được chia thành hai loại - rắn và pha khí. Trong loại động cơ đầu tiên, chất phân hạch được đặt trong các cụm thanh có bề mặt phát triển. Điều này cho phép bạn làm nóng hiệu quả chất lỏng làm việc ở dạng khí, thường hydro đóng vai trò là chất lỏng làm việc. Tốc độ dòng ra bị giới hạn bởi nhiệt độ tối đa của chất lỏng làm việc, do đó, trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ tối đa cho phép của các phần tử kết cấu và nó không vượt quá 3000 K. Trong động cơ tên lửa hạt nhân pha khí, chất phân hạch nằm trong một trạng thái khí. Sự lưu giữ của nó trong vùng làm việc được thực hiện thông qua tác động của trường điện từ. Đối với loại động cơ tên lửa hạt nhân này, các yếu tố cấu trúc không phải là yếu tố ngăn cản, do đó tốc độ của chất lỏng hoạt động có thể vượt quá 30 km / s. Chúng có thể được sử dụng như động cơ giai đoạn đầu, bất kể rò rỉ vật liệu phân hạch.

Vào những năm 70. Thế kỷ XX. Ở Mỹ và Liên Xô, động cơ tên lửa hạt nhân bằng vật liệu phân hạch pha rắn đã được thử nghiệm tích cực. Tại Hoa Kỳ, một chương trình đã được phát triển để tạo ra một động cơ tên lửa hạt nhân thử nghiệm theo chương trình NERVA.

Người Mỹ đã phát triển một lò phản ứng graphite làm mát bằng hydro lỏng được làm nóng, hóa hơi và phóng ra qua vòi phun của tên lửa. Sự lựa chọn của than chì được quyết định bởi khả năng chịu nhiệt độ của nó. Theo dự án này, xung lực cụ thể của động cơ thu được gấp đôi đặc tính chỉ thị tương ứng của động cơ hóa học, với lực đẩy 1100 kN. Lò phản ứng Nerva được cho là hoạt động như một phần của giai đoạn thứ ba của phương tiện phóng Saturn V, nhưng do chương trình mặt trăng đóng cửa và không có các nhiệm vụ khác cho động cơ tên lửa lớp này, lò phản ứng chưa bao giờ được thử nghiệm trên thực tế.

Một động cơ tên lửa hạt nhân pha khí hiện đang được phát triển về mặt lý thuyết. Trong động cơ hạt nhân pha khí, nó được thiết kế để sử dụng plutonium, một dòng khí chuyển động chậm được bao quanh bởi một dòng hydro làm mát nhanh hơn. Các thí nghiệm được thực hiện trên các trạm vũ trụ quay quanh MIR và ISS, có thể tạo động lực cho sự phát triển hơn nữa của động cơ pha khí.

Ngày nay, có thể nói rằng Nga đã hơi "đóng băng" nghiên cứu của mình trong lĩnh vực hệ thống đẩy hạt nhân. Công việc của các nhà khoa học Nga tập trung nhiều hơn vào việc phát triển và cải tiến các tổ máy và tổ hợp cơ bản của các nhà máy điện hạt nhân, cũng như việc thống nhất chúng. Hướng ưu tiên của các nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này là chế tạo hệ thống động cơ đẩy năng lượng hạt nhân có khả năng hoạt động ở hai chế độ. Đầu tiên là chế độ của động cơ tên lửa hạt nhân, và chế độ thứ hai là chế độ lắp đặt phát điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị lắp đặt trên tàu vũ trụ.