Tehnologii nucleare pentru spațiu
Demonstrație a generatorului SNAP 3 către conducerea SUA, 1959. Fotografie de către Departamentul de Energie al SUA
Deja în primele etape ale dezvoltării industriei de rachete și spațiale, au apărut primele propuneri pentru utilizarea diferitelor tehnologii nucleare. Au fost propuse și elaborate diverse tehnologii și unități, dar doar unele dintre ele au ajuns în funcțiune efectivă. În viitor, sunt de așteptat să fie introduse soluții fundamental noi.
Mai întâi în spațiu
În 1954, în SUA a fost creat primul generator termoelectric cu radioizotopi (RTG sau RTG). Elementul principal al RTG este un izotop radioactiv care se descompune în mod natural odată cu eliberarea de energie termică. Cu ajutorul unui termoelement, energia termică este transformată în energie electrică, care este eliberată consumatorilor.
Principalul avantaj al RTG este posibilitatea de funcționare pe termen lung cu caracteristici stabile și fără întreținere. Durata de viață este determinată de timpul de înjumătățire al izotopului selectat. În același timp, un astfel de generator se caracterizează prin eficiență scăzută și putere de ieșire și necesită, de asemenea, protecție biologică și măsuri de siguranță adecvate. Cu toate acestea, RTG-urile și-au găsit aplicații într-un număr de domenii cu cerințe speciale.
Pregătiri pentru lansarea satelitului Tansit 4A cu RTG SNAP 3B. Fotografie de la NASA
În 1961, un RTG de tip SNAP 3B a fost creat în SUA cu 96 g de plutoniu-238 într-o capsulă. În același an, satelitul Transit 4A, echipat cu un astfel de generator, a intrat pe orbită. A devenit prima navă spațială pe orbita Pământului folosind energia dezintegrarii nucleare. În 1965, URSS a lansat satelitul Kosmos-84, primul său aparat cu Orion-1 RTG folosind poloniu-210.
În viitor, cele două superputeri au folosit în mod activ RTG-urile în crearea tehnologiei spațiale în diverse scopuri. De exemplu, o serie de rovere din ultimele decenii primesc energie electrică tocmai din degradarea elementelor radioactive. În mod similar, se asigură alimentarea cu energie a misiunilor care se îndepărtează de Soare.
Schema motorului NERVA. Fotografie de la NASA
Timp de mai bine de jumătate de secol, RTG-urile și-au dovedit capacitățile într-o serie de domenii, inclusiv. în industria spațială, deși au rămas un instrument specializat pentru sarcini individuale. Cu toate acestea, chiar și în acest rol, generatoarele de radioizotopi contribuie la dezvoltarea industriei, a cercetării etc.
Rachetă nucleară
La scurt timp după lansarea programelor spațiale, țările lider au început să lucreze la problema creării unui motor de rachetă nucleară. Au fost propuse arhitecturi diferite cu principii de funcționare diferite și beneficii diferite. De exemplu, în proiectul american Orion, a fost propusă o navă spațială care utilizează o undă de șoc de focoase nucleare cu randament scăzut pentru a accelera. De asemenea, am elaborat modele de o formă mai familiară.
În anii cincizeci și șaizeci, NASA și organizațiile conexe au dezvoltat motorul NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Componenta sa principală a fost un reactor nuclear cu ciclu deschis. Fluidul de lucru sub formă de hidrogen lichid trebuia să fie încălzit din reactor și aruncat printr-o duză, creând forță. Un motor nuclear de acest fel era superior în ceea ce privește caracteristicile de proiectare față de sistemele tradiționale de combustibil chimic, deși era mai periculos de funcționat.
Motor RD-0410. Fotografie KBHA
Proiectul NERVA a fost pus la încercare a diverselor componente și a întregului ansamblu de instalare. În timpul testelor, motorul a fost pornit de 28 de ori și a funcționat aproape 2 ore.Caracteristicile au fost confirmate; nu au fost probleme semnificative. Totuși, proiectul nu a fost dezvoltat în continuare. La sfârșitul anilor șaizeci și șaptezeci, programul spațial american a fost redus serios, iar motorul NERVA a fost abandonat.
În aceeași perioadă, lucrări similare au fost efectuate în URSS. Un proiect promițător a propus utilizarea unui motor cu un reactor care încălzește fluidul de lucru sub formă de hidrogen lichid. La începutul anilor șaizeci, a fost creat un reactor pentru un astfel de motor, iar ulterior au început lucrările la restul unităților. Multă vreme, testarea și testarea diferitelor dispozitive au continuat.
Apariția propusă a sistemului Prometheus în configurația pentru zborul către Jupiter. Fotografie de la NASA
În anii șaptezeci, motorul finit RD-0410 a trecut o serie de teste de incendiu și a confirmat principalele caracteristici. Cu toate acestea, proiectul nu a primit o dezvoltare ulterioară din cauza complexității ridicate și a riscurilor. Industria internă de rachete și spațială a continuat să folosească motoare „chimice”.
Remorchere spațiale
În cursul cercetărilor și lucrărilor de proiectare ulterioare în Statele Unite și în țara noastră, au ajuns la concluzia că nu era adecvată utilizarea motoarelor de tip NERVA sau RD-0410. În 2003, NASA a început să lucreze la o arhitectură fundamentală a navei spațiale cu o centrală nucleară. Proiectul a fost numit Prometeu.
Noul concept propunea construirea unei nave spațiale cu un reactor cu drepturi depline la bord pentru a genera energie electrică, precum și cu un motor cu reacție ionică. Un astfel de dispozitiv ar putea găsi aplicație în misiuni de cercetare cu rază lungă. Cu toate acestea, dezvoltarea lui Prometheus s-a dovedit a fi prohibitiv de costisitoare, iar rezultatele erau așteptate doar în viitorul îndepărtat. În 2005, proiectul a fost închis din lipsă de perspective.
O versiune timpurie a complexului TEM. Grafica RSC Energia
În 2009, dezvoltarea unui produs similar a început în Rusia. „Modulul de transport și energie” (TEM) sau „remorcherul spațial” ar trebui să primească o centrală nucleară de clasă megawați, cuplată cu un motor cu ioni ID-500. Se propune ca nava să fie asamblată pe orbita Pământului și utilizată pentru a transporta diverse sarcini utile, pentru a accelera alte nave spațiale etc.
Proiectul TEM este extrem de complex, ceea ce îi afectează costul și termenele limită. În plus, au existat numeroase probleme organizatorice. Cu toate acestea, până la jumătatea anului al zecelea, componentele individuale ale TEM au fost aduse la încercare. Lucrările continuă și în viitor pot duce la apariția unui adevărat „remorcher spațial”. Construcția unui astfel de aparat este planificată pentru a doua jumătate a anilor douăzeci; punerea în funcțiune - în 2030
În absența dificultăților serioase și a implementării la timp a tuturor planurilor, TEM poate deveni primul produs din clasa sa din lume pus în funcțiune. În același timp, există o anumită marjă de timp, excluzând în același timp posibilitatea apariției în timp util a concurenților.
Versiunea târzie a TEM. Grafica Roscosmos
Perspective și limitări
Tehnologiile nucleare sunt de mare interes pentru industria rachetelor și spațială. În primul rând, centralele electrice de diferite clase pot fi utile. RTG-urile și-au găsit deja aplicație și sunt ferm înrădăcinate în unele domenii. Reactoarele nucleare cu drepturi depline nu sunt încă folosite din cauza dimensiunilor și greutății lor mari, dar există deja evoluții pe navele cu astfel de echipamente.
Timp de câteva decenii, principalele puteri spațiale și nucleare au elaborat și testat în practică o serie de idei originale, le-au determinat viabilitatea și au găsit principalele domenii de aplicare. Procese similare sunt încă în desfășurare și, probabil, vor da în curând rezultate noi de natură practică.
Trebuie remarcat faptul că tehnologiile nucleare nu sunt utilizate pe scară largă în industria spațială, iar această situație este puțin probabil să se schimbe. În același timp, se dovedesc a fi utile și promițătoare în anumite domenii și proiecte. Și tocmai în aceste nișe se realizează deja potențialul disponibil.
informații