15.Преимущества Основным приемуществом ТЯРД перед химическими ракетными двигателями является получение более высокого удельного импульса, значительный энергозапас, компактность системы и возможность получения очень большой тяги (десятки, сотни и тысячи тонн в вакууме. В целом удельный импульс достигаемый в вакууме больше чем у отработанного двухкомпонентного химического ракетного топлива (керосин-кислород, водород-кислород) в 3-4 раза, а при работе на наивысшей теплонапряжённости в 4-5 раз. В настоящее время в США и России существует значительный опыт разработки и постройки таких двигателей, и в случае необходимости (специальные программы освоения космоса) такие двигатели могут быть произведены за короткое время и будут иметь разумную стоимость. В случае использования ТЯРД для разгона космических аппаратов в космосе, и при условии дополнительного использования пертурбационных манёврах с использованием поля тяготения крупных планет (Юпитер,Уран,Сатурн,Нептун) достижимые границы изучения Солнечной системы существенно расширяются, а время потребное для достижения дальних планет значительно сокращается. Кроме того ТЯРД могут быть успешно применены для аппаратов работающих на низких орбитах планет-гигантов с использованием их разряжённой атмосферы в качестве рабочего тела, или для работы в их атмосфере. /8/
16.Недостатки Основным недостатком ТЯРД является наличие мощного потока проникающей радиации (гамма-излучение, нейтроны), а также вынос высокорадиоактивных соединений урана, тугоплавких соединений с наведённой радиацией, и радиоактивных газов с рабочим телом. В этой связи ТЯРД неприемлем для наземных пусков во избежание ухудшения экологической обстановки на месте пуска и в атмосфере. /14/
17.Улучшение характеристик ТЯРД. Гибридные ТЯРД
Как и у всякого ракетного или вообще любого двигателя, у твёрдофазного ядерного реактивного двигателя имеются существенные ограничения достижимых важнейших характеристик. Эти ограничения представляют собой невозможность устройству (ТЯРД) работать в области температур превышающих диапазон предельных рабочих температур конструкционных материалов двигателя. Для расширения возможностей и значительного увеличения главных рабочих параметров ТЯРД могут быть применены различные гибридные схемы в которых ТЯРД играет роль источника тепла и энергии и используются дополнительные физические способы ускорения рабочих тел. Наиболее надёжной, практически осуществимой, и имеющей высокие характеристики по удельному импульсу и тяге является гибридная схема с дополнительным МГД-контуром (магнитогидродинамическим контуром) разгона ионизированного рабочего тела (водород и специальные присадки). /13/
18.Радиационная опасность от ЯРД.
Работающий ЯРД является мощным источником радиации - гамма- и нейтронного излучения. Без принятия специальных мер, радиация может вызвать в космическом аппарате недопустимый нагрев рабочего тела и конструкции, охрупчивание металлических конструкционных материалов, разрушение пластмассовых и старение резиновых деталей, нарушение изоляции электрических кабелей, вывод из строя электронной аппаратуры. Радиация может вызвать наведенную (искусственную) радиоактивность материалов - активизацию их.
В настоящее время проблема радиационной защиты космических аппаратов с ЯРД считается в принципе решенной. Решены также и принципиальные вопросы, связанные с обслуживанием ЯРД на испытательных стендах и пусковых площадках. Хотя работающий ЯРД представляет опасность для обслуживающего персонала" уже через сутки после окончания работы ЯРД можно без всяких средств индивидуальной защиты находиться в течение нескольких десятков минут на расстоянии 50 м от ЯРД и даже подходить к нему. Простейшие средства защиты позволяют обслуживающему персоналу входить в рабочую зону ЯРД уже вскоре после испытаний.
Уровень заражения пусковых комплексов и окружающей среды, по-видимому, не будет препятствием использованию ЯРД на нижних ступенях космических ракет. Проблема радиационной опасности для окружающей среды и обслуживающего персонала в значительной степени смягчается тем обстоятельством, что водород, используемый в качестве рабочего тела, практически не активируется при прохождении через реактор. Поэтому реактивная струя ЯРД не более опасна, чем струя ЖРД./4/
Заключение
При рассмотрении перспектив развития и использования ЯРД в космонавтике следует исходить из достигнутых и ожидаемых характеристик различных типов ЯРД, из того, что может дать космонавтике их, применение и, наконец, из наличия тесной связи проблемы ЯРД с проблемой энергообеспечения в космосе и с вопросами развития энергетики вообще.
Как уже говорилось выше, из всех возможных типов ЯРД наиболее разработаны тепловой радиоизотопный двигатель и двигатель с твердофазным реактором деления. Но если характеристики радиоизотопных ЯРД не позволяют надеяться на их широкое применение в космонавтике (по крайней мере в ближайшем будущем), то создание твердофазных ЯРД открывает перед космонавтикой большие перспективы.
Предложен, например, аппарат с начальной массой 40000 т (т. е. примерно в 10 раз большей, чем у самых крупных современных ракет-носителей), причем 1/10 этой массы приходится на полезный груз, а 2/3 - на 300 000 ядерных зарядов. Если каждые 3 с взрывать по одному заряду, то их запаса хватит на 10 дней непрерывной работы ЯРД. За это время аппарат разгонится до скорости 10000 км/с и в дальнейшем, через 130 лет, может достигнуть звезды Альфа Центавра.
Ядерные энергоустановки обладают уникальными характеристиками, к которым относятся практически неограниченная энергоемкость, независимость функционирования от окружающей среды, неподверженность внешним воздействиям (космической радиации, метеоритному повреждению, высоким и низким температурам и т. д.). Однако максимальная мощность ядерных радиоизотопных установок ограничена величиной порядка нескольких сот ватт. Это ограничение не существует для ядерных реакторных энергоустановок, что и предопределяет выгодность их использования при продолжительных полетах тяжелых космических аппаратов в околоземном пространстве, при полетах к дальним планетам Солнечной системы и в других случаях.
Преимущества твердофазных и других ЯРД с реакторами деления наиболее полно раскрываются при исследовании таких сложных космических программ, как пилотируемые полеты к планетам Солнечной системы (например, при экспедиции на Марс). В том случае увеличение удельного импульса РД позволяет решать качественно новые задачи. Все эти проблемы значительно облегчаются при использовании твердофазного ЯРД с удельным импульсом вдвое большим, чем у современных ЖРД. В этом случае становится также возможным заметно сократить сроки полетов.
Вероятнее всего, что уже в ближайшем будущем твердофазные ЯРД станут одними из самых распространенный РД. Твердофазный ЯРД можно будет использовать как аппараты для дальних полетов, например, на такие планеты как Нептун, Плутон и даже вылетать за пределы Солнечной Системы. Однако для полетов к звездам ЯРД, основанный на принципах деления не пригоден. В этом случае перспективными являются ЯРД или точнее термоядерные реактивные двигатели (ТРД), работающие на принципе реакций синтеза и фотонные реактивные двигатели (ФРД), источникам импульса в которых является реакция аннигиляции вещества и антивещества. Впрочем, скорее всего человечество для путешествия в межзвездном пространстве будет использовать иной, отличный от реактивного, способ передвижения.
В заключение приведу перефразировку известной фразы Эйнштейна - для путешествия к звездам человечество должно придумать нечто такое, которое было бы сравнимо по сложности и восприятию с ядерным реактором для неандертальца!
ЛИТЕРАТУРА
Источники:
1. Б. Е. Черток "Ракеты и люди. Книга 4 Лунная гонка"-М: Знание, 1999. 2. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 3. Первушин "Битва за звёзды. Космическое противостояние"-М: знание,1998. 4. Л. Гильберг "Покорение неба"- М: Знание, 1994. 5. http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/molodtsov 6. "Двигатель", " Ядерные двигатели для космических аппаратов", №5 1999 г.
7. "Двигатель", "Газофазные ядерные двигатели для космических аппаратов",
№ 6, 1999 г 7. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/263/03.shtml 8. http://www.lpre.de/energomash/index.htm 9. http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/219/37.shtml 10.Гришин С. Д., Чекалин С. В. Космический транспорт будущего.
—М.: Знание, 1983.
11. Гришин С. Д., Чекалин С. В. Проблемы освоения космоса.— М.:
Знание, 1988.
12.Губанов Б. «Энергия — Буран» — шаг в будущее // Наука и жизнь.—
1989.—№ 4.
13.Гэтланд К. Космическая техника.— М.: Мир, 1986.
14.Полетаев Д. Ю., Сергеюк А. П. Космос и коммерция.— М.: АПН, 1989.
15 .СССР в космосе. 2005 год.—М.: АПН, 1989.
16.Чекалин С. В. На пути в дальний космос // Энергия. — 1985. — № 6.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Основные характеристики твёрдофазных ядерных реактивных двигателей
Страна-изготовитель
| Двигатель
| Тяга (Thrust) в вакууме, кН
| Удельный импульс, сек
|
| Работа проекта, год
| США
| NPS-2
|
|
|
|
| США
| Nerva 12 GW
|
|
|
| 1959
| США
| RN-6
|
|
|
|
| СССР
| RD-0410
| 35.300
| 910
|
| 1965-94
| СССР
| RD-410
| 68.000
|
|
| 1960
| США
| Nerva Alpha
| 71.700
| 860
|
| 1972
| СССР
| YaERD-2200
| 81.000
|
|
| 1962-69
| США
| Nerva Gamma
| 81.000
| 975
|
| 1972
| СССР
| YaRD Type A
| 177.000
| 900
|
| 1963
| СССР
| YaRD Type AF
| 196.000
| 950
|
| 1963
| США
| Nerva
| 266.000
| 800
|
| 1968
| США
| Nerva NTR
| 333.400
| 925
|
| 1991
| СССР
| RO-31
| 392.000
|
|
| 1967
| СССР
| YaRD Type V-B
| 392.000
| 900
|
| 1963
| СССР
| YaRD Type V
| 392.000
| 900
|
| 1963
| СССР
| RD-0411
| 392.000
| 900
|
| 1965-94
| США
| Timberwind 45
| 441.300
| 1000
|
| 1992
| США
| Timberwind 75
| 735.500
| 1000
|
| 1992
| США
| Nerva 2
| 867.400
| 825
|
| 1950-74
| СССР
| RD-600
| 1 960.000
| 2000
|
| 1962-70
| США
| Timberwind 250
| 2 451.600
| 1000
|
| 1992
| США
| Nuclear 12 Gw
| 2 892.000
| 830
|
| 1960
| США
| Nuclear 14 Gw
| 3 334.000
| 830
|
| 1960
| США
| NERVA 1mlbf
| 8 963.000
| 850
|
| 1963
| США
| NERVA/Lox Mixed Cycle
| 24 126.000
| 810
|
| 1963
| |