Ядерные технологии для космоса

Армия
Ядерные технологии для космоса

Демонстрация генератора SNAP 3 руководству США, 1959 г. Фото Минэнерго США

Уже на ранних стадиях развития ракетно-космической отрасли появились первые предложения об использовании различных ядерных технологий. Предлагались и прорабатывались разные технологии и агрегаты, но только некоторые из них дошли до реальной эксплуатации. В будущем ожидается внедрение принципиально новых решений.

Первые в космосе

В 1954 г. в США был создан первый радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ или RTG). Основным элементом РИТЭГ является радиоактивный изотоп, распадающийся естественным образом с выделением тепловой энергии. При помощи термоэлемента тепловая энергия преобразуется в электрическую, которая выдается потребителям.

Главным преимуществом РИТЭГ является возможность длительной работы со стабильными характеристиками и без обслуживания. Срок службы определяется периодом полураспада выбранного изотопа. В то же время, такой генератор отличается низкими КПД и выходной мощностью, а также нуждается в биологической защите и соответствующих мерах безопасности. Впрочем, РИТЭГ нашли применение в ряде сфер с особыми требованиями.

Ядерные технологии для космоса

Подготовка к запуску спутника Tansit 4A с РИТЭГ SNAP 3B. Фото NASA

В 1961 г. в США был создан РИТЭГ типа SNAP 3B с 96 г плутония-238 в капсуле. В том же году на орбиту отправился спутник Transit 4A, оснащенный таким генератором. Он стал первым космическим аппаратом на орбите земли, использующим энергию распада ядер. В 1965 г. СССР запустил спутник «Космос-84» – свой первый аппарат с РИТЭГ «Орион-1», использующим полоний-210.

В дальнейшем две сверхдержавы активно использовали РИТЭГ при создании космической техники разного назначения. К примеру, целый ряд марсоходов последних десятилетий получает электроэнергию именно от распада радиоактивных элементов. Схожим образом обеспечивается энергоснабжение миссий, удаляющихся от Солнца.

Ядерные технологии для космоса

Схема двигателя NERVA. Фото NASA

За полвека с лишним РИТЭГ доказали свои возможности в ряде сфер, в т.ч. в космической отрасли, хотя и остались специализированным инструментом для отдельных задач. Впрочем, и в такой роли радиоизотопные генераторы способствуют развитию отрасли, проведению исследований и т.д.

Читать  Люди и пики

Ядерная ракета

Вскоре после старта космических программ ведущие страны начали прорабатывать вопрос создания ядерного ракетного двигателя. Предлагались разные архитектуры с отличающимися принципами работы и различными преимуществами. К примеру, в американском проекте Orion предлагался космический корабль, использующий для разгона ударную волну маломощных ядерных боезарядов. Также прорабатывались конструкции более привычного вида.

В пятидесятых и шестидесятых NASA и смежные организации разработали двигатель NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Его главным компонентом был ядерный реактор открытого цикла. Рабочее тело в виде жидкого водорода должно было нагреваться от реактора и выбрасываться через сопло, создавая тягу. Ядерный двигатель такого рода по расчетным характеристикам превосходил традиционные системы на химическом топливе, хотя и был более опасным в эксплуатации.

Ядерные технологии для космоса

Двигатель РД-0410. Фото КБХА

Проект NERVA довели до испытаний различных компонентов и всей установки в сборе. За время испытаний двигатель включался 28 раз и наработал почти 2 ч. Характеристики были подтверждены; значительные неполадки отсутствовали. Однако проект не получил дальнейшего развития. На рубеже шестидесятых и семидесятых американскую космическую программу серьезно сократили, и от двигателя NERVA отказались.

В тот же период аналогичные работы велись в СССР. Перспективный проект предлагал использование двигателя с реактором, нагревающим рабочее тело в виде жидкого водорода. В начале шестидесятых годов был создан реактор для такого двигателя, а позже начались работы по остальным агрегатам. В течение длительного времени продолжались испытания и отработки различных устройств.

Ядерные технологии для космоса

Предполагаемый облик системы Prometheus в конфигурации для полета к Юпитеру. Фото NASA

В семидесятых годах готовый двигатель РД-0410 прошел серию огневых испытаний и подтвердил основные характеристики. Однако дальнейшего развития проект не получил по причине высокой сложности и рисков. Отечественная ракетно-космическая отрасль продолжила использовать «химические» двигатели.

Читать  Боевые самолеты. Вестник огромных проблем

Космические буксиры

В ходе дальнейших исследований и конструкторских работ в США и в нашей стране пришли к выводу о нецелесообразности применения двигателей по типу NERVA или РД-0410. В 2003 г. NASA начало отработку принципиально новой архитектуры космического аппарата с ядерной энергоустановкой. Проект получил название Prometheus.

Новая концепция предлагала строительство космического корабля с полноценным реактором на борту, обеспечивающим выработку электроэнергии, а также с ионным реактивным двигателем. Такой аппарат мог бы найти применение в дальних миссиях исследовательского характера. Однако разработка «Прометея» оказалась чрезмерно дорогой, а результаты ожидались только в отдаленном будущем. В 2005 г. проект закрыли за отсутствием перспектив.

Ядерные технологии для космоса

Ранний вариант комплекса ТЭМ. Графика РКК «Энергия»

В 2009 г. разработка аналогичного изделия началась в России. «Транспортно-энергетический модуль» (ТЭМ) или «космический буксир» должен получить ядерную энергоустановку мегаваттного класса, сопряженную с ионным двигателем ИД-500. Корабль предлагается собирать на орбите Земли и использовать для перевозки различной нагрузки, разгона других космических аппаратов и т.д.

Проект ТЭМ отличается высокой сложностью, что сказывается на его стоимости и сроках выполнения. Кроме того, имели место многочисленные проблемы организационного характера. Тем не менее, к середине десятых годов отдельные компоненты ТЭМ были выведены на испытания. Работы продолжаются и в будущем могут привести к появлению реального «космического буксира». Строительство такого аппарата запланировано на вторую половину двадцатых годов; ввод в эксплуатацию – в 2030 г.

При отсутствии серьезных затруднений и своевременном выполнении всех планов, ТЭМ может стать первым в мире изделием своего класса, доведенным до эксплуатации. При этом имеется определенный запас времени, пока исключающий возможность своевременного появления конкурентов.

Ядерные технологии для космоса

Поздний вариант ТЭМ. Графика Роскосмоса

Перспективы и ограничения

Ядерные технологии представляют большой интерес для ракетно-космической отрасли. В первую очередь, полезными могут быть энергетические установки разных классов. РИТЭГ уже нашли применение и прочно закрепились в некоторых областях. Полноценные ядерные реакторы пока не используются ввиду больших габаритов и массы, однако уже имеются наработки по кораблям с таким оснащением.

Читать  Дорого и быстро. Баллистические ракеты Space X для снабжения войск США

За несколько десятилетий ведущие космические и ядерные державы отработали и проверили на практике целый ряд оригинальных идей, определили их жизнеспособность и нашли основные сферы применения. Подобные процессы продолжаются до сих пор, и, вероятно, вскоре дадут новые результаты практического характера.

Необходимо отметить, что ядерные технологии не получили широкого распространения в космической сфере, и эта ситуация вряд ли изменится. В то же время, они оказываются полезными и перспективными в отдельных направлениях и проектах. И именно в этих нишах уже реализуется доступный потенциал.

Источник: https://topwar.ru/174331-jadernye-tehnologii-dlja-kosmosa.html

Оцените статью
Pro-Вести - информационный портал
Добавить комментарий