Princípio do motor de foguete nuclear. Detalhes Técnicos: Foguete Movido a Energia Nuclear

Unidade espacial militar russa

Muito barulho na mídia e nas redes sociais foi causado pelas declarações de Vladimir Putin de que a Rússia estava testando um míssil de cruzeiro de nova geração com quase ilimitado alcance e é, portanto, praticamente invulnerável a todos os sistemas de defesa antimísseis existentes e planejados.

“No final de 2017 no campo de treinamento central Federação Russa O mais recente míssil de cruzeiro russo foi lançado com sucesso nuclear energia instalação. Durante o voo, a usina atingiu a potência especificada e forneceu o nível de empuxo necessário”, disse Putin durante seu tradicional discurso à Assembleia Federal.

O míssil foi discutido no contexto de outros desenvolvimentos russos avançados no domínio das armas, juntamente com o novo míssil balístico intercontinental Sarmat, o míssil hipersónico Kinzhal, etc. veia político-militar. Contudo, na verdade, a questão é muito mais ampla: parece que a Rússia está prestes a dominar a verdadeira tecnologia do futuro, capaz de trazer mudanças revolucionárias à tecnologia de foguetes e espaciais e muito mais. Mas primeiro as primeiras coisas…

Tecnologias de jato: um beco sem saída “químico”

Quase agora cem anos Quando falamos sobre um motor a jato, geralmente nos referimos a um motor a jato químico. Tanto os aviões a jato quanto os foguetes espaciais são movidos pela energia obtida a partir da combustão do combustível a bordo.

Em termos gerais, funciona assim: o combustível entra na câmara de combustão, onde é misturado a um oxidante (ar atmosférico em um motor a jato ou oxigênio das reservas de bordo em um motor de foguete). A mistura então entra em ignição, liberando rapidamente uma quantidade significativa de energia na forma de calor, que é transferida para os gases de combustão. Quando aquecido, o gás se expande rapidamente e, por assim dizer, se espreme através do bocal do motor a uma velocidade considerável. Uma corrente de jato aparece e o impulso do jato é criado, empurrando a aeronave na direção oposta à direção do fluxo do jato.

He 178 e Falcon Heavy são produtos e motores diferentes, mas isso não muda a essência.

Os motores a jato e foguete em toda a sua diversidade (do primeiro jato Heinkel 178 ao Falcon Heavy de Elon Musk) usam precisamente esse princípio - apenas as abordagens para sua aplicação mudam. E todos os projetistas de foguetes são forçados, de uma forma ou de outra, a suportar a desvantagem fundamental deste princípio: a necessidade de levar a bordo aeronave uma quantidade significativa de combustível consumido rapidamente. Como bom trabalho Quanto maior o desempenho do motor, mais combustível deve haver a bordo e menos carga útil a aeronave pode transportar durante o vôo.

Por exemplo, o peso máximo de decolagem de um avião Boeing 747-200 é de cerca de 380 toneladas. Destas, 170 toneladas são para a própria aeronave, cerca de 70 toneladas são para carga útil (peso da carga e dos passageiros) e 140 toneladas, ou aproximadamente 35%, combustível pesa, que queima durante o vôo a uma taxa de cerca de 15 toneladas por hora. Ou seja, para cada tonelada de carga são 2,5 toneladas de combustível. E o foguete Proton-M, para lançar 22 toneladas de carga em uma órbita de baixa referência, consome cerca de 630 toneladas de combustível, ou seja, quase 30 toneladas de combustível por tonelada de carga útil. Como você pode ver, o “fator de eficiência” é mais do que modesto.

Se falamos de voos realmente de longa distância, por exemplo, para outros planetas do sistema solar, então a relação combustível-carga torna-se simplesmente matadora. Por exemplo, o foguete americano Saturn 5 poderia entregar 45 toneladas de carga à Lua, enquanto queimava mais de 2.000 toneladas de combustível. E o Falcon Heavy de Elon Musk, com massa de lançamento de mil e quinhentas toneladas, é capaz de entregar apenas 15 toneladas de carga à órbita de Marte, ou seja, 0,1% de sua massa inicial.

É por isso que tripulado vôo para a lua continua a ser uma tarefa que está no limite das capacidades tecnológicas da humanidade, e o voo para Marte ultrapassa esses limites. Pior ainda: já não é possível expandir significativamente estas capacidades e continuar a melhorar ainda mais os mísseis químicos. No seu desenvolvimento, a humanidade “atingiu” um limite determinado pelas leis da natureza. Para ir mais longe, é necessária uma abordagem fundamentalmente diferente.

Impulso "atômico"

A combustão de combustíveis químicos há muito deixou de ser o método conhecido mais eficiente de produção de energia.

A partir de 1 quilograma carvão você pode obter cerca de 7 quilowatts-hora de energia, enquanto 1 quilograma de urânio contém cerca de 620 mil quilowatts-hora.

E se você criar um motor que receberá energia nuclear, e não de processos químicos, então tal motor exigirá dezenas de milhares(!) vezes menos combustível para fazer o mesmo trabalho. A principal desvantagem dos motores a jato pode ser eliminada desta forma. No entanto, desde a ideia até à implementação há um longo caminho ao longo do qual muitos problemas complexos têm de ser resolvidos. Em primeiro lugar, era necessário criar um reator nuclear leve e compacto o suficiente para poder ser instalado em uma aeronave. Em segundo lugar, era necessário descobrir exatamente como usar a energia do decaimento de um núcleo atômico para aquecer o gás do motor e criar um jato.

A opção mais óbvia era simplesmente passar o gás através do núcleo quente do reator. Porém, interagindo diretamente com os conjuntos de combustível, esse gás se tornaria muito radioativo. Saindo do motor na forma de jato, ele contaminaria fortemente tudo ao seu redor, portanto, usar tal motor na atmosfera seria inaceitável. Isto significa que o calor do núcleo deve ser transferido de forma diferente, mas como exatamente? E onde você pode obter materiais que possam reter suas propriedades estruturais por muitas horas em temperaturas tão altas?

É ainda mais fácil imaginar a utilização da energia nuclear em “veículos não tripulados de alto mar”, também mencionados por Putin na mesma mensagem. Na verdade, será algo como um super torpedo que irá sugar a água do mar, transformá-la em vapor aquecido, que formará um jato. Tal torpedo será capaz de viajar milhares de quilômetros debaixo d’água, movendo-se em qualquer profundidade e sendo capaz de atingir qualquer alvo no mar ou na costa. Ao mesmo tempo, será quase impossível interceptá-lo no caminho até o alvo.

EM atualmente A Rússia, ao que parece, ainda não possui amostras de tais dispositivos prontas para serem colocadas em serviço. Quanto ao míssil de cruzeiro movido a energia nuclear de que Putin falou, aparentemente estamos a falar de um lançamento de teste de um “modelo de tamanho massivo” de tal míssil com um aquecedor eléctrico em vez de um nuclear. Isto é precisamente o que as palavras de Putin sobre “alcançar uma determinada potência” e “nível de impulso adequado” podem significar – verificar se o motor de tal dispositivo pode funcionar com tais “parâmetros de entrada”. É claro que, ao contrário de uma amostra movida a energia nuclear, um produto “modelo” não é capaz de voar uma distância significativa, mas isso não é exigido dele. Com essa amostra é possível elaborar soluções tecnológicas relacionadas à parte puramente de “propulsão”, enquanto o reator está sendo finalizado e testado no estande. Separe esta etapa da entrega produto final talvez apenas um pouco de tempo – um ou dois anos.

Bem, se esse motor puder ser usado em mísseis de cruzeiro, o que impedirá que ele seja usado na aviação? Imagine avião comercial movido a energia nuclear, capaz de viajar dezenas de milhares de quilômetros sem pousar ou reabastecer, sem consumir centenas de toneladas de caro combustível de aviação! Em geral, estamos falando de uma descoberta que poderá no futuro fazer uma verdadeira revolução no sector dos transportes...

Marte está à frente?

No entanto, o objectivo principal das centrais nucleares parece muito mais excitante - tornar-se o coração nuclear de uma nova geração de naves espaciais, o que tornará possíveis ligações de transporte fiáveis ​​com outros planetas do Sistema Solar. É claro que motores turbojato que utilizam ar externo não podem ser usados ​​em espaços sem ar. O que quer que se diga, você terá que levar a substância com você para criar um jato aqui. A tarefa é utilizá-lo de forma muito mais econômica durante a operação e, para isso, a vazão da substância do bico do motor deve ser a mais alta possível. Nos motores de foguetes químicos, essa velocidade chega a 5 mil metros por segundo (geralmente 2 a 3 mil) e não é possível aumentá-la significativamente.

Velocidades muito mais altas podem ser alcançadas usando um princípio diferente de criação de fluxo de jato - aceleração de partículas carregadas (íons) campo elétrico. A velocidade do jato em um motor iônico pode chegar a 70 mil metros por segundo, ou seja, para obter a mesma quantidade de movimento será necessário gastar de 20 a 30 vezes menos substância. É verdade que tal motor consumirá muita eletricidade. E para produzir essa energia você vai precisar Reator nuclear.

Modelo de instalação de reator para uma usina nuclear da classe megawatt

Já existem motores de foguetes elétricos (ion e plasma), por ex. em 1971 A URSS lançou em órbita a espaçonave Meteor com um motor de plasma estacionário SPD-60 desenvolvido pelo Fakel Design Bureau. Hoje, motores semelhantes são usados ​​ativamente para corrigir a órbita de satélites artificiais da Terra, mas sua potência não excede 3–4 quilowatts (5 cavalos e meio).

Porém, em 2015, o Centro de Pesquisa recebeu o nome. Keldysh anunciou a criação de um protótipo de motor iônico com potência da ordem de 35 quilowatts(48 cv). Não parece muito impressionante, mas vários desses motores são suficientes para alimentar uma espaçonave que se move no vazio e para longe de fortes campos gravitacionais. A aceleração que tais motores darão à espaçonave será pequena, mas serão capazes de mantê-la por muito tempo (os motores iônicos existentes têm um tempo de operação contínuo até três anos).

Nas espaçonaves modernas, os motores do foguete operam apenas por um curto período de tempo, enquanto na maior parte do vôo a nave voa por inércia. O motor iônico, recebendo energia de um reator nuclear, funcionará durante todo o vôo - na primeira metade, acelerando a nave, na segunda, freando-a. Os cálculos mostram que tal espaçonave poderia atingir a órbita de Marte em 30-40 dias, e não em um ano, como uma nave com motores químicos, e também levar consigo um módulo de descida que poderia levar uma pessoa à superfície do Vermelho Planeta, e então pegue-o de lá.

A cada poucos anos, alguns
o novo tenente-coronel descobre Plutão.
Depois disso, ele liga para o laboratório,
para descobrir o destino futuro do ramjet nuclear.

Este é um tema que está na moda hoje em dia, mas me parece que um motor ramjet nuclear é muito mais interessante, porque não precisa carregar consigo um fluido de trabalho.
Presumo que a mensagem do Presidente fosse sobre ele, mas por algum motivo todo mundo começou a postar sobre o YARD hoje???
Deixe-me reunir tudo aqui em um só lugar. Vou lhe dizer: pensamentos interessantes aparecem quando você lê um tópico. E perguntas muito incômodas.

Um motor ramjet (motor ramjet; o termo em inglês é ramjet, de ram - ram) é um motor a jato que é o mais simples em design na classe de motores a jato que respiram ar (motores ramjet). Pertence ao tipo de motores a jato de reação direta, nos quais o empuxo é criado exclusivamente pela corrente de jato que flui do bocal. O aumento da pressão necessária para o funcionamento do motor é conseguido freando o fluxo de ar que se aproxima. Um motor ramjet fica inoperante em baixas velocidades de vôo, especialmente em velocidade zero, é necessário um ou outro acelerador para colocá-lo em potência operacional;

Na segunda metade da década de 1950, durante a era da Guerra Fria, projetos de ramjet com reator nuclear foram desenvolvidos nos EUA e na URSS.


Foto de: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg

A fonte de energia desses motores ramjet (ao contrário de outros motores ramjet) não é a reação química da combustão do combustível, mas o calor gerado pelo reator nuclear na câmara de aquecimento do fluido de trabalho. O ar do dispositivo de entrada em tal ramjet passa pelo núcleo do reator, resfriando-o, aquece-se até a temperatura operacional (cerca de 3.000 K) e então flui para fora do bico a uma velocidade comparável às velocidades de exaustão para a maioria motores de foguetes químicos avançados. Possíveis finalidades de uma aeronave com tal motor:
- veículo lançador de cruzeiro intercontinental com carga nuclear;
- aeronaves aeroespaciais de estágio único.

Ambos os países criaram reatores nucleares compactos e de poucos recursos que cabem nas dimensões de um grande foguete. Nos EUA, no âmbito dos programas de pesquisa ramjet nuclear Plutão e Tory, testes de bancada do motor ramjet nuclear Tory-IIC foram realizados em 1964 (modo de potência total 513 MW por cinco minutos com um empuxo de 156 kN). Nenhum teste de voo foi realizado e o programa foi encerrado em julho de 1964. Um dos motivos para o encerramento do programa foi o aprimoramento do projeto de mísseis balísticos com motores de foguetes químicos, o que garantiu plenamente a solução de missões de combate sem a utilização de esquemas com motores ramjet nucleares relativamente caros.
Não é costume falar sobre o segundo em fontes russas agora...

O projeto Plutão deveria usar táticas de vôo em baixa altitude. Essa tática garantiu o sigilo dos radares do sistema de defesa aérea da URSS.
Para atingir a velocidade de operação de um motor ramjet, Plutão teve que ser lançado do solo usando um pacote de propulsores de foguete convencionais. O lançamento do reator nuclear começou somente depois que Plutão atingiu a altitude de cruzeiro e foi suficientemente afastado das áreas povoadas. O motor nuclear, que proporcionava um alcance de ação quase ilimitado, permitiu que o foguete voasse em círculos sobre o oceano enquanto aguardava a ordem de mudar para velocidade supersônica em direção a um alvo na URSS.

Projeto de conceito SLAM

Decidiu-se realizar um teste estático de um reator em escala real, destinado a um motor ramjet.
Dado que o reactor de Plutão se tornou extremamente radioactivo após o lançamento, foi entregue ao local de testes através de uma linha ferroviária especialmente construída e totalmente automatizada. Ao longo desta linha, o reator percorreu uma distância de aproximadamente três quilômetros, que separava a bancada de testes estáticos e o enorme edifício de “desmantelamento”. No prédio, o reator “quente” foi desmontado para inspeção por meio de equipamentos controlados remotamente. Cientistas de Livermore observaram o processo de teste usando um sistema de televisão localizado em um hangar de lata longe da bancada de teste. Por precaução, o hangar foi equipado com um abrigo anti-radiação com abastecimento de comida e água para duas semanas.
Apenas para fornecer o concreto necessário para construir as paredes do prédio de demolição (que tinham de dois a dois metros e meio de espessura), o governo dos Estados Unidos comprou uma mina inteira.
Milhões de quilos de ar comprimido foram armazenados em 40 quilômetros de tubulações de produção de petróleo. Esse ar comprimido deveria ser usado para simular as condições em que um motor ramjet se encontra durante o vôo em velocidade de cruzeiro.
Para garantir alta pressão de ar no sistema, o laboratório pegou emprestados compressores gigantes da base submarina em Groton, Connecticut.
O teste, durante o qual a unidade funcionou com potência máxima durante cinco minutos, exigiu forçar uma tonelada de ar através de tanques de aço cheios com mais de 14 milhões de esferas de aço de 4 cm de diâmetro. Esses tanques foram aquecidos a 730 graus usando elementos de aquecimento, nos quais. óleo foi queimado.

Instalado em uma plataforma ferroviária, o Tori-2S está pronto para testes bem-sucedidos. Maio de 1964

Em 14 de maio de 1961, engenheiros e cientistas no hangar onde o experimento foi controlado prenderam a respiração quando o primeiro motor ramjet nuclear do mundo, montado em uma plataforma ferroviária vermelha brilhante, anunciou seu nascimento com um estrondo alto. O Tori-2A foi lançado por apenas alguns segundos, durante os quais não desenvolveu sua potência nominal. No entanto, o teste foi considerado bem-sucedido. O mais importante foi que o reator não acendeu, o que alguns representantes do Comitê de Energia Atômica temiam muito. Quase imediatamente após os testes, Merkle começou a trabalhar na criação de um segundo reator Tory, que deveria ter mais potência com menos peso.
O trabalho no Tori-2B não avançou além da prancheta. Em vez disso, os Livermores construíram imediatamente o Tory-2C, que quebrou o silêncio do deserto três anos após testar o primeiro reator. Uma semana depois, o reator foi reiniciado e operou com potência máxima (513 megawatts) durante cinco minutos. Descobriu-se que a radioatividade do escapamento era significativamente menor do que o esperado. Esses testes também contaram com a presença de generais da Força Aérea e oficiais do Comitê de Energia Atômica.

Neste momento, os clientes do Pentágono que financiaram o projeto Plutão começaram a ser dominados por dúvidas. Como o míssil foi lançado a partir do território dos EUA e sobrevoou o território dos aliados americanos a baixa altitude para evitar a detecção pelos sistemas de defesa aérea soviéticos, alguns estrategas militares questionaram-se se o míssil representaria uma ameaça para os aliados. Mesmo antes de o míssil Plutão lançar bombas sobre o inimigo, ele primeiro atordoará, esmagará e até mesmo irradiará aliados. (Esperava-se que Plutão voando acima produzisse cerca de 150 decibéis de ruído no solo. Em comparação, o nível de ruído do foguete que enviou os americanos à Lua (Saturno V) era de 200 decibéis com impulso total.) É claro que a ruptura dos tímpanos seria o menor dos seus problemas se você se encontrasse com um reator nu voando acima, fritando você como uma galinha com radiação gama e de nêutrons.

Tori-2C

Embora os criadores do foguete argumentassem que Plutão também era inerentemente evasivo, os analistas militares expressaram perplexidade com a forma como algo tão barulhento, quente, grande e radioativo poderia permanecer sem ser detectado durante o tempo necessário para completar a sua missão. Ao mesmo tempo, a Força Aérea dos EUA já havia começado a implantar mísseis balísticos Atlas e Titan, capazes de atingir alvos várias horas antes de um reator voador, e o sistema antimíssil da URSS, cujo medo se tornou o principal impulso para a criação de Plutão, nunca se tornou um obstáculo para mísseis balísticos, apesar das interceptações de testes bem-sucedidas. Os críticos do projeto criaram sua própria decodificação da sigla SLAM - lento, baixo e confuso - lentamente, baixo e sujo. Após o sucesso dos testes do míssil Polaris, a Marinha, que inicialmente havia manifestado interesse em utilizar os mísseis para lançamento a partir de submarinos ou navios, também começou a abandonar o projeto. E, finalmente, o custo de cada foguete foi de 50 milhões de dólares. De repente, Plutão tornou-se uma tecnologia sem aplicações, uma arma sem alvos viáveis.

No entanto, o último prego no caixão de Plutão foi apenas uma pergunta. É tão enganosamente simples que os Livermoreianos podem ser desculpados por deliberadamente não lhe prestarem atenção. “Onde realizar testes de vôo do reator? Como convencer as pessoas de que durante o voo o foguete não perderá o controle e sobrevoará Los Angeles ou Las Vegas em baixa altitude?” perguntou Jim Hadley, físico do Laboratório Livermore, que trabalhou no projeto Plutão até o fim. Ele está atualmente trabalhando na detecção de testes nucleares realizados em outros países para a Unidade Z. Como o próprio Hadley admitiu, não havia garantias de que o míssil não sairia de controle e se transformaria em um Chernobyl voador.
Várias soluções para este problema foram propostas. Um deles seria um lançamento de Plutão perto da Ilha Wake, onde o foguete voaria em forma de oito sobre a parte do oceano dos Estados Unidos. Os mísseis “quentes” deveriam ser afundados a uma profundidade de 7 quilômetros no oceano. No entanto, mesmo quando a Comissão de Energia Atómica persuadiu as pessoas a pensar na radiação como uma fonte ilimitada de energia, a proposta de lançar muitos foguetes contaminados com radiação no oceano foi suficiente para parar o trabalho.
Em 1º de julho de 1964, sete anos e seis meses após o início dos trabalhos, o projeto Plutão foi encerrado pela Comissão de Energia Atômica e pela Força Aérea.

De acordo com Hadley, a cada poucos anos um novo tenente-coronel força do ar descobre Plutão. Depois disso, ele liga para o laboratório para descobrir o destino do ramjet nuclear. O entusiasmo dos tenentes-coronéis desaparece imediatamente após Hadley falar sobre problemas com radiação e testes de voo. Ninguém ligou para Hadley mais de uma vez.
Se alguém quiser trazer Plutão de volta à vida, poderá encontrar alguns recrutas em Livermore. No entanto, não haverá muitos deles. É melhor deixar a ideia do que poderia se tornar uma arma maluca no passado.

Características técnicas do foguete SLAM:
Diâmetro - 1500 mm.
Comprimento - 20.000 mm.
Peso - 20 toneladas.
O alcance é ilimitado (teoricamente).
A velocidade ao nível do mar é Mach 3.
Armamento - 16 bombas termonucleares (cada uma com rendimento de 1 megaton).
O motor é um reator nuclear (potência de 600 megawatts).
Sistema de orientação - inercial + TERCOM.
A temperatura máxima da pele é de 540 graus Celsius.
O material da fuselagem é aço inoxidável Rene 41 de alta temperatura.
Espessura do revestimento - 4 - 10 mm.

No entanto, o motor ramjet nuclear é promissor como sistema de propulsão para aeronaves aeroespaciais de estágio único e aeronaves intercontinentais de transporte pesado de alta velocidade. Isso é facilitado pela possibilidade de criação de um ramjet nuclear capaz de operar em velocidades de vôo subsônicas e zero em modo motor de foguete, utilizando reservas de propelente a bordo. Ou seja, por exemplo, uma aeronave aeroespacial com ramjet nuclear dá partida (inclusive decola), fornecendo fluido de trabalho aos motores a partir dos tanques de bordo (ou externos) e, já tendo atingido velocidades de M = 1, passa a utilizar ar atmosférico .

Como disse o presidente russo V.V. Putin, no início de 2018, “ocorreu um lançamento bem sucedido de um míssil de cruzeiro com uma central nuclear”. Além disso, segundo ele, o alcance desse míssil de cruzeiro é “ilimitado”.

Pergunto-me em que região os testes foram realizados e por que razão os serviços relevantes de monitorização de testes nucleares os rejeitaram. Ou a liberação de rutênio-106 na atmosfera no outono está de alguma forma relacionada com esses testes? Aqueles. Os residentes de Chelyabinsk não foram apenas polvilhados com rutênio, mas também fritos?
Você consegue descobrir onde esse foguete caiu? Simplificando, onde foi destruído o reator nuclear? Em que campo de treinamento? Em Novaya Zemlya?

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Agora vamos ler um pouco sobre motores de foguetes nucleares, embora a história seja completamente diferente.

Um motor de foguete nuclear (NRE) é um tipo de motor de foguete que usa a energia da fissão ou fusão de núcleos para criar impulso a jato. Eles podem ser líquidos (aquecer um fluido de trabalho líquido em uma câmara de aquecimento de um reator nuclear e liberar gás através de um bico) e explosivos pulsados ​​​​(explosões nucleares de baixa potência em um período igual de tempo).
Um motor de propulsão nuclear tradicional como um todo é uma estrutura que consiste em uma câmara de aquecimento com um reator nuclear como fonte de calor, um sistema de fornecimento de fluido de trabalho e um bico. O fluido de trabalho (geralmente hidrogênio) é fornecido do tanque para o núcleo do reator, onde, passando pelos canais aquecidos pela reação de decaimento nuclear, é aquecido a altas temperaturas e depois expelido pelo bocal, criando o empuxo do jato. Existem vários designs de motores de propulsão nuclear: fase sólida, fase líquida e fase gasosa - correspondendo ao estado de agregação Combustível nuclear no núcleo do reator - gás sólido, fundido ou de alta temperatura (ou mesmo plasma).

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

RD-0410 (Índice GRAU - 11B91, também conhecido como "Irgit" e "IR-100") - o primeiro e único motor de foguete nuclear soviético 1947-78. Foi desenvolvido no escritório de design Khimavtomatika, Voronezh.
O RD-0410 utilizou um reator de nêutrons térmicos heterogêneo. O projeto incluiu 37 conjuntos de combustível, revestidos com isolamento térmico que os separava do moderador. ProjetoFoi previsto que o fluxo de hidrogênio passasse primeiro pelo refletor e moderador, mantendo sua temperatura em temperatura ambiente, e depois entrasse no núcleo, onde era aquecido a 3100 K. No estande, o refletor e o moderador eram resfriados por um hidrogênio separado fluxo. O reator passou por uma série significativa de testes, mas nunca foi testado durante toda a sua operação. Os componentes fora do reator estavam completamente esgotados.

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E este é um motor de foguete nuclear americano. Seu diagrama estava na imagem do título

Autor: NASA - Ótimas imagens na descrição da NASA, domínio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378

NERVA (Motor Nuclear para Aplicação em Veículos de Foguete) é um programa conjunto da Comissão de Energia Atômica dos EUA e da NASA para criar um motor de foguete nuclear (NRE), que durou até 1972.
A NERVA demonstrou que o sistema de propulsão nuclear era viável e adequado para a exploração espacial e, no final de 1968, o SNPO confirmou que a mais recente modificação da NERVA, o NRX/XE, atendia aos requisitos para uma missão tripulada a Marte. Embora os motores NERVA tenham sido construídos e testados ao máximo e considerados prontos para instalação em uma espaçonave, a maior parte do programa espacial americano foi cancelada pela administração Nixon.

O NERVA foi classificado pela AEC, SNPO e NASA como um programa de grande sucesso que atingiu ou excedeu os seus objetivos. O principal objetivo do programa era "estabelecer uma base técnica para sistemas de propulsão de foguetes nucleares a serem utilizados no projeto e desenvolvimento de sistemas de propulsão para missões espaciais". Quase todos os projetos espaciais que utilizam motores de propulsão nuclear são baseados nos projetos NERVA NRX ou Pewee.

As missões a Marte foram responsáveis ​​pelo desaparecimento da NERVA. Membros do Congresso de ambos os partidos políticos decidiram que uma missão tripulada a Marte seria um compromisso tácito dos Estados Unidos para apoiar a dispendiosa corrida espacial durante décadas. A cada ano o programa RIFT foi adiado e os objetivos da NERVA tornaram-se mais complexos. Afinal, embora o motor NERVA tenha tido muitos testes bem-sucedidos e forte apoio do Congresso, ele nunca saiu da Terra.

Em Novembro de 2017, a Corporação de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da China (CASC) publicou um roteiro para o desenvolvimento do programa espacial da China para o período 2017-2045. Prevê, em particular, a criação de um navio reutilizável movido por um motor de foguete nuclear.

A declaração de Vladimir Putin durante seu discurso à Assembleia Federal sobre a presença na Rússia de um míssil de cruzeiro movido por um motor nuclear causou uma tempestade de entusiasmo na sociedade e na mídia. Ao mesmo tempo, até recentemente, tanto o público em geral como os especialistas sabiam muito pouco sobre o que é tal motor e as possibilidades de sua utilização.

Reedus tentou descobrir de que tipo de dispositivo técnico o presidente poderia estar falando e o que o tornava único.

Considerando que a apresentação no Manege não foi feita para um público de especialistas técnicos, mas sim para o público “em geral”, seus autores poderiam ter permitido uma certa substituição de conceitos, Georgiy Tikhomirov, vice-diretor do Instituto de Física e Tecnologia Nuclear de a Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI, não descarta.

“O que o presidente disse e mostrou, os especialistas chamam de usinas compactas, cujos experimentos foram realizados inicialmente na aviação e depois na exploração do espaço profundo. Estas foram tentativas de resolver o problema insolúvel de fornecimento suficiente de combustível ao voar distâncias ilimitadas. Nesse sentido, a apresentação é totalmente correta: a presença de tal motor garante o fornecimento de energia aos sistemas de um foguete ou qualquer outro dispositivo por tempo indefinidamente”, disse ele a Reedus.

O trabalho com tal motor na URSS começou exatamente 60 anos atrás, sob a liderança dos acadêmicos M. Keldysh, I. Kurchatov e S. Korolev. Nos mesmos anos, trabalho semelhante foi realizado nos EUA, mas foi descontinuado em 1965. Na URSS, o trabalho continuou por cerca de mais uma década antes de ser considerado irrelevante. Talvez por isso Washington não tenha reagido muito, dizendo que não ficou surpreso com a apresentação do míssil russo.

Na Rússia, a ideia de um motor nuclear nunca morreu - em particular, desde 2009, o desenvolvimento prático de tal usina está em andamento. A julgar pelo momento, os testes anunciados pelo presidente se enquadram perfeitamente neste projeto conjunto da Roscosmos e Rosatom - já que os desenvolvedores planejavam realizar testes de campo do motor em 2018. Talvez por motivos políticos tenham se esforçado um pouco e deslocado os prazos “para a esquerda”.

“Tecnologicamente, ele é projetado de forma que a unidade de energia nuclear aqueça o refrigerante a gás. E esse gás aquecido gira a turbina ou cria o impulso do jato diretamente. Uma certa astúcia na apresentação do foguete que ouvimos é que seu alcance de vôo não é infinito: ele é limitado pelo volume do fluido de trabalho – o gás líquido, que pode ser bombeado fisicamente para os tanques do foguete”, afirma o especialista.

Ao mesmo tempo, um foguete espacial e um míssil de cruzeiro têm esquemas de controle de voo fundamentalmente diferentes, uma vez que têm tarefas diferentes. O primeiro voa em um espaço sem ar, não precisa manobrar - basta dar-lhe um impulso inicial e depois se move ao longo da trajetória balística calculada.

Um míssil de cruzeiro, por outro lado, deve mudar continuamente sua trajetória, para o que deve ter suprimento de combustível suficiente para criar impulsos. Se este combustível será aceso por uma central nuclear ou tradicional não é importante neste caso. A única coisa que importa é o fornecimento desse combustível, enfatiza Tikhomirov.

“O significado de uma instalação nuclear ao voar para o espaço profundo é a presença a bordo de uma fonte de energia para alimentar os sistemas do dispositivo por tempo ilimitado. Neste caso, pode haver não apenas um reator nuclear, mas também geradores termoelétricos de radioisótopos. Mas o significado de tal instalação em um foguete, cujo vôo não durará mais do que algumas dezenas de minutos, ainda não está totalmente claro para mim”, admite o físico.

O relatório Manege atrasou apenas algumas semanas em comparação com o anúncio da NASA, em 15 de Fevereiro, de que os americanos estavam a retomar o trabalho de investigação num motor de foguetão nuclear que abandonaram há meio século.

A propósito, em novembro de 2017, a Corporação de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da China (CASC) anunciou que uma espaçonave movida a energia nuclear seria criada na China até 2045. Portanto, hoje podemos dizer com segurança que a corrida global pela propulsão nuclear já começou.

No final do ano passado, as Forças Estratégicas de Mísseis Russas testaram uma arma completamente nova, cuja existência era anteriormente considerada impossível. O míssil de cruzeiro nuclear, que os especialistas militares designam como 9M730, é exactamente a nova arma de que o Presidente Putin falou no seu Discurso à Assembleia Federal. O teste do míssil foi supostamente realizado no local de testes de Novaya Zemlya, aproximadamente no final do outono de 2017, mas os dados exatos não serão divulgados em breve. O desenvolvedor do foguete também é presumivelmente o Novator Experimental Design Bureau (Ekaterinburg). Segundo fontes competentes, o míssil em modo normal acertou o alvo e os testes foram considerados totalmente bem-sucedidos. Além disso, supostas fotografias do lançamento (acima) de um novo foguete com usina nuclear e até confirmação indireta relacionada à presença no momento previsto dos testes nas imediações do local de testes do Il-976 LII Gromov “voando laboratório” com marcas Rosatom apareceu na mídia. No entanto, surgiram ainda mais questões. A capacidade declarada do míssil de voar a um alcance ilimitado é realista e como isso é alcançado?

Características de um míssil de cruzeiro com usina nuclear

As características de um míssil de cruzeiro com armas nucleares, que apareceu na mídia imediatamente após o discurso de Vladimir Putin, podem diferir das reais, que serão conhecidas posteriormente. Até o momento, os seguintes dados sobre o tamanho e as características de desempenho do foguete tornaram-se públicos:

Comprimento
- pagina inicial- pelo menos 12 metros,
- marcha- pelo menos 9 metros,

Diâmetro do corpo do foguete- cerca de 1 metro,
Largura da caixa- cerca de 1,5 metros,
Altura da cauda- 3,6 - 3,8 metros

O princípio de funcionamento de um míssil de cruzeiro nuclear russo

O desenvolvimento de mísseis nucleares foi realizado por vários países ao mesmo tempo, e o desenvolvimento começou na distante década de 1960. Os projetos propostos pelos engenheiros diferiam apenas nos detalhes de forma simplificada, o princípio de funcionamento pode ser descrito da seguinte forma: um reator nuclear aquece uma mistura que entra em recipientes especiais (várias opções, de amônia a hidrogênio) com posterior liberação através de bicos sob. alta pressão. No entanto, a versão do míssil de cruzeiro de que falou o presidente russo não se enquadra em nenhum dos exemplos de designs desenvolvidos anteriormente.

O fato é que, segundo Putin, o míssil tem alcance de vôo quase ilimitado. É claro que isto não pode ser entendido como significando que o míssil pode voar durante anos, mas pode ser considerado como uma indicação directa de que o seu alcance de voo é muitas vezes maior do que o alcance de voo dos modernos mísseis de cruzeiro. O segundo ponto, que não pode ser ignorado, está também relacionado com o alcance de voo ilimitado declarado e, consequentemente, com o funcionamento da unidade de potência do míssil de cruzeiro. Por exemplo, um reator de nêutrons térmicos heterogêneo testado no motor RD-0410, desenvolvido por Kurchatov, Keldysh e Korolev, teve uma vida útil de teste de apenas 1 hora e, neste caso, não pode haver um alcance de vôo ilimitado de tal discurso sobre mísseis de cruzeiro movidos a energia nuclear.

Tudo isso sugere que os cientistas russos propuseram um conceito de estrutura completamente novo e até então não considerado, no qual uma substância que tem um recurso muito econômico de consumo em longas distâncias é usada para aquecimento e posterior ejeção do bico. Por exemplo, poderia ser um motor nuclear de respiração aérea (NARE) de um tipo completamente novo, em que a massa de trabalho é o ar atmosférico, bombeado para os recipientes de trabalho por compressores, aquecido por uma instalação nuclear e depois ejetado através dos bicos .

É importante notar também que o míssil de cruzeiro com unidade de energia nuclear anunciado por Vladimir Putin pode voar em torno de zonas ativas de sistemas de defesa aérea e antimísseis, bem como manter seu caminho até o alvo em altitudes baixas e ultrabaixas. Isto só é possível equipando o míssil com sistemas de acompanhamento do terreno que sejam resistentes a interferências criadas por meios guerra eletrônica inimigo.

Um motor de foguete nuclear é um motor de foguete cujo princípio de funcionamento é baseado em uma reação nuclear ou decaimento radioativo, que libera energia que aquece o fluido de trabalho, que podem ser produtos de reação ou alguma outra substância, como o hidrogênio. Existem vários tipos de motores de foguete que utilizam o princípio de operação descrito acima: nuclear, radioisótopo, termonuclear. Usando motores de foguetes nucleares, é possível obter valores de impulso específicos significativamente superiores aos que podem ser alcançados por motores de foguetes químicos. O alto valor do impulso específico é explicado pela alta velocidade de saída do fluido de trabalho - cerca de 8-50 km/s. A força de impulso de um motor nuclear é comparável à dos motores químicos, o que permitirá no futuro substituir todos os motores químicos por nucleares.

O principal obstáculo à substituição completa é a poluição radioativa causada pelos motores dos foguetes nucleares.

Eles são divididos em dois tipos - fase sólida e fase gasosa. No primeiro tipo de motor, o material físsil é colocado em conjuntos de hastes com superfície desenvolvida. Isso torna possível aquecer efetivamente um fluido de trabalho gasoso, geralmente o hidrogênio atua como fluido de trabalho. A velocidade de exaustão é limitada pela temperatura máxima do fluido de trabalho, que, por sua vez, depende diretamente da temperatura máxima permitida dos elementos estruturais, e não excede 3.000 K. Nos motores de foguete nuclear em fase gasosa, a substância físsil está em estado gasoso. A sua retenção na área de trabalho é realizada através da influência de um campo eletromagnético. Para este tipo de motores de foguetes nucleares, os elementos estruturais não são um fator limitante, pelo que a velocidade de exaustão do fluido de trabalho pode exceder 30 km/s. Eles podem ser usados ​​como motores de primeiro estágio, apesar do vazamento de material físsil.

Nos anos 70 Século XX Nos EUA e na União Soviética, foram testados ativamente motores de foguetes nucleares com matéria físsil na fase sólida. Nos Estados Unidos, estava sendo desenvolvido um programa para criar um motor de foguete nuclear experimental como parte do programa NERVA.

Os americanos desenvolveram um reator de grafite resfriado por hidrogênio líquido, que era aquecido, evaporado e ejetado através de um bico de foguete. A escolha do grafite deveu-se à sua resistência à temperatura. De acordo com este projeto, o impulso específico do motor resultante deveria ser duas vezes maior que o valor correspondente característico dos motores químicos, com empuxo de 1100 kN. O reator Nerva deveria funcionar como parte do terceiro estágio do veículo lançador Saturn V, mas devido ao encerramento do programa lunar e à falta de outras tarefas para motores de foguete desta classe, o reator nunca foi testado na prática.

Um motor de foguete nuclear em fase gasosa está atualmente em fase de desenvolvimento teórico. Um motor nuclear em fase gasosa envolve o uso de plutônio, cujo fluxo de gás lento é cercado por um fluxo mais rápido de hidrogênio resfriado. Experimentos foram conduzidos nas estações espaciais orbitais MIR e ISS que poderiam impulsionar o desenvolvimento de motores em fase gasosa.

Hoje podemos dizer que a Rússia “congelou” ligeiramente a sua investigação no domínio dos sistemas de propulsão nuclear. O trabalho dos cientistas russos está mais focado no desenvolvimento e melhoria de componentes e conjuntos básicos de usinas nucleares, bem como na sua unificação. Direção prioritária Outras pesquisas nesta área são a criação de sistemas de propulsão de energia nuclear capazes de operar em dois modos. O primeiro é o modo de motor de foguete nuclear e o segundo é o modo de instalação de geração de eletricidade para alimentar os equipamentos instalados a bordo da espaçonave.