www.ASTROLAB.ru

ASTROLAB.ruДвигателиЯдерный ракетный двигатель (ЯРД) ( Часть 1 )
ГлоссарийФото космосаИнтернет магазинКосмос видео



Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) ( Часть 1 )
Версия для печати

ЯРД, конечно, стоит иметь - межпланетные полеты могут понадобиться раньше, чем будут доведены "полевые" двигатели. Но, может и к лучшему, что в нашей стране эти работы не вышли из стадии научно-исследовательских. Не случайно в Штатах испытательный комплекс ядерных двигателей окрестили "Страной дураков"…

Ученые и инженеры, работающие в области космонавтики, всегда стремились создавать наиболее эффективные ракетные двигатели. Понятно, что они не могли не попытаться использовать ядерную энергию для нагрева рабочего тела. Ведь это сулило большие перспективы в освоении ближнего и дальнего космоса, позволяло сделать доступным полет космонавтов на Марс. Однако всевозможных трудностей, в том числе финансовых, возникло очень много, и сегодня ни Россия, ни США не имеют вполне пригодных для установки на космический аппарат ядерных ракетных двигателей (ЯРД). Может быть, главная причина в том, что реально ЯРД не планировалось применять для военной ракетно-космической техники. Тем не менее СССР и США примерно в одно время создали и испытывали на стендах прототипы таких двигателей. И если об этих работах в Америке можно было прочитать в специальной литературе, то сведения о советской программе в открытых источниках до последних лет отсутствовали.

Что же представляет собой ядерный ракетный двигатель? Многие его системы устроены так же, как у жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Только температура рабочего тела, истекающего из сопла и создающего тягу, повышается не за счет реакции окисления (горения) двух компонентов, а за счет тепловой энергии, выделяющейся в процессе деления ядер радиоактивного вещества. Вместо камеры сгорания, как у ЖРД, в ядерном двигателе размещен реактор, способный нагреть газ более чем до 3000 К. Эта температура ограничивается стойкостью применяемых материалов.

Но почему ЯРД в несколько раз эффективнее ЖРД? Ведь он гораздо сложнее, имеет во много раз большую массу, нуждается в специальных системах защиты и безопасности, громоздок. Дело в том, что в реакторе можно разогревать любой газ, а энергетическая эффективность ракетного двигателя тем выше, чем это рабочее тело имеет меньшую молекулярную массу. Вот и получается, что если в ЯРД применить водород, то скорость истечения его из сопла будет в 3 раза выше, чем в лучшем - кислородно-водородном ЖРД. Все потому, что молекулярная масса в первом случае - 2 г/моль, а во втором - 18. Значит, для космического полета потребуется существенно меньше рабочего тела.

Делящееся вещество в активной зоне реактора может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. До полноразмерных натурных испытаний дошли ЯРД только первого типа. Их реакторы состоят из тепловыделяющих сборок, содержащих соединение урана-235 с замедлителем нейтронов (для уменьшения массы урана с десятков до нескольких килограммов) и окруженных отражателем нейтронов, а также из устройств, обеспечивающих запуск, регулирование и останов.

Разработку и испытания ЯРД вели только СССР и США. С 1955 года в Америке приступили к выполнению программы по созданию ядерных реакторов типа NERVA, предназначенных для космических ракетных двигателей. Отработка велась сразу на опытных полноразмерных реакторах без сопла - Kiwi. При этом тепловыделяющие элементы часто разрушались из-за трещин в защитном покрытии. В конце 1963 года была поставлена задача осуществить общую разработку технологии ЯРД для обеспечения в 2014-2016 гг. пилотируемого полета к Марсу.

До 1972 года прошли испытания 20 ядерных реакторов, в том числе система NRX-A6 в течение одного часа работы реактора на полной мощности. 28 запусков стендовых ЯРДов имели суммарную продолжительность около 4 ч. Испытания проходили на полигоне в штате Невада.

В одном из вариантов ЯРД NERVA предварительно подогретый в рубашке охлаждения сопла и корпуса реактора водород поступает в тепловыделяющие сборки, где за счет специально развитой поверхности теплообмена обеспечивается его нагрев до 2360 К. Часть горячих газов отбирается для привода турбины турбонасосного агрегата, что обеспечивает расход водорода до 40,7 кг/с и тягу 33,6 т при тепловой мощности реактора 1510 МВт и его массе 3400 кг.

В СССР проектирование первых ЯРД велось во второй половине 50-х годов. Этими работами занимались КБ главных конструкторов А.М. Люльки, С.А. Лавочкина, В.М. Мясищева, М.М. Бондарюка, В.П. Глушко совместно с рядом научно-исследовательских институтов - НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ.






??????.???????