Ядрени ракетни двигатели – след три месеца и сте на Марс

16
6898

Според един от водещите специалисти на НАСА по разработването на ядрени ракетни двигатели Бил Емрих (Bill Emrich):

„Илън Мъск и някои други хора искат да заведат хора на Марс и да основат колония на Червената планета. Ако искаме да изпратим хора на Марс и да ги оставим там, то това може да стане и с помощта на химически ракети. Това е труден, но възможен път. Но ако искате да ги върнете на Земята, то на практика ще сте принудени да използвате ракети с ядрени двигатели. Ние в НАСА сме по-заинтересовани да връщаме хората вкъщи“.

Днешните полети до Марс са доста бавни: полетът до Червената планета е с продължителност от 7 до 9 месеца. Разбира се, за повечето космически сонди времето на полет не играе никаква роля, но при хората не е така. За девет месеца в космоса те ще получат силно радиационно облъчване и ще загубят повечето си мускулна маса. Необходимо е да се носи много храна и вода, а всяка повреда на космическия кораб по време на полета може да се окаже фатална.

Според НАСА, изходът от тази ситуация е използването на ядрени ракетни двигатели. Въпреки различните научни спорове, тези двигатели могат да създават както електрическа енергия, така и тяга, достатъчна за един бърз полет на голям космически кораб до Марс и дори извън неговите предели. Идеята за ядрените ракетни двигатели възникна през 1940-те години, но освен теоретични разработки, не е постигнато нищо повече и не бе изграден нито един работещ прототип. Но сега не всичко е така безнадеждно: НАСА има нов проект, който може да ни даде много повече шансове да се откъснем от Земята.

Важно е да се каже, че ядрените двигатели са подходящи единствено за междупланетни полети и не могат да се използват в атмосферата на Земята. С други думи, така или иначе ще се наложи използването на добрите стари химически ракети за извеждането на космическите апарати извън пределите на ниската околоземна орбита. Едва след това може да се използва ядрения ракетен двигател.

Основната задача пред специалистите е в това, да бъдат направени безопасни ядрени ракетни двигатели, които да са достатъчно леки за космически полети. Новите видове горива и новите конструкции на реактори вече предлагат необходимите параметри и НАСА заедно със своите партньори работи върху нов проект за бъдещи пилотирани космически полети с използване на ядрено гориво.

„Използването на ядрен реактор от подобен тип ще е от полза, ако искате да изпратите хора на Марс и да ги върнете за по-малко от две години“ – заяви Джеф Шихи, главен инженер на Агенцията за космически технологии на НАСА. Според неговите думи, за реализацията на тази мисия е необходимо усъвършенстването преди всичко на горивото.

Това гориво трябва да издържа свръхвисоки температури и трябва да може да се съхранява близо до ядрения топлинен двигател. В края на тази година две компании заявиха, че тяхното гориво е достатъчно надеждно за създаването на безопасен, компактен и високопроизводителен реактор. Едната от тях представи на НАСА детайли от концептуален проект.

Предложеният нов ядрен ракетен двигател използва енергията, отделяща се при осъществяването на ядрени реакции за нагряването на течен водород до температура приблизително 2430 градуса по Целзий. Тази температура е около осем пъти по-висока от температурата на активната зона на атомните електроцентрали. При този процес водородът изключително силно се разширява и се изхвърля от соплото с огромна скорост, като по този начин създава мощна реактивна тяга.

Този двигател може да създава двойно по-голяма тяга при една и съща маса гориво в сравнение с химическите ракети, като по този начин космическите кораби ще могат да пътешестват по-бързо и по-надалече. Освен това, когато хипотетичният космически кораб пристигне до Марс, Сатурн, Титан или Плутон, ядреният реактор може да се превключи от режим на генериране на тяга към производството на електрическа енергия, А това ще даде възможност на космическия апарат да изпраща на Земята висококачествени данни в продължение на много години.

Досега, за да се получи достатъчно мощен ядрен ракетен двигател се налагаше използването на оръжеен високообогатен уран. По-достъпното гориво, в което се използва по-нискообогатен уран, какъвто се употребява в ядрените електроцентрали, става крехко и се разгражда под въздействието на високите температури и химическото въздействие на изключително активния водород.

Компанията Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies (USNC-Tech), с централен офис в Сиатъл, създаде ураново гориво с обогатяване под 20%, което е няколко пъти повече от използваното в АЕЦ, но не може да бъде използвано за военни цели, а това значително понижава рисковете за неговото нелегално разпространение.

Компанията BWX Technologies от Вирджиния има договор с НАСА и проектира реактори, които използват подобно керамично композитно гориво, но също така изследва алтернативна форма на гориво, което е поставено в метална матрица.

В моделите с използването на топлинни клетки двете компании използват различен тип забавяне на процеса. Необходимо е точно определено забавяне на високоенергийните неутрони, които се образуват при делението, за да може да се поддържа верижната ядрена реакция, без да се предизвиква лавинообразен процес, който води до прегряване и разрушаване на реактора.

BWX поставя своите горивни блокове между хидридните елементи, а в уникалната конструкция USNC-Tech се използва метален берилий за забавяне на реакцията. Според генералния директор на компанията, тяхното гориво издържа контакта с горещия водород без да се разрушава и без да става поглъщане на всички неутрони в реактора.

Експерименталният ядрен двигател, който може да създаде температура от 1 милион градуса

Според Самуел Коен от Пристънската лаборатория на физика на плазмата, има още един начин за създаването на малки и безопасни ракети с ядрени двигатели: използването на термоядрени реактори. При стандартния термоядрен синтез се използват деутерий и тритий, но Коен оглавява група учени, които разработват съвсем нов тип реактор, в който се използват атоми на деутерий и хелий-3. При тази термоядрена реакция също се образува високотемпературна плазма, но се появяват съвсем малко неутрони.

„Ние не искаме да има неутрони, понеже те променят структурата на веществата и материалите. Стоманата например, става пореста и радиоактивна“ – заяви Самуел Коен.

Този съвсем нов проект на Принстънската лаборатория се нарича Direct Fusion Drive и изисква много по-малко гориво в сравнение с традиционния термоядрен синтез и освен това, термоядрените реактори от този тип могат да бъдат хиляди пъти по-малки.

Според учените на НАСА, термоядрената тяга теоретично може да бъде многократно по-мощта от тягата, която се образува при делението на урана, понеже при реакцията на термоядрения синтез се отделя многократно повече енергия. Но тази технология е в съвсем ранен етап на своето развитие и се сблъсква с редица проблеми, включително създаването и удържането на плазмата, както и ефективното преобразуване на освобождаваната енергия в насочена струя газове. НАСА е на мнение, че до края на 2030-те години все още няма да има работещ прототип на космически кораб, който се задвижва от термоядрени ракетни двигатели.

Но USNC-Tech вече създаде няколко неголеми прототипа на ядрени реактори, които използват нейното ново гориво.

„Ние сме на път да постигнем целта на НАСА – към 2027 година да подготвим изстрелването на демонстрационна система с двойно по-малки габаритни размери“ – заяви нейният генерален директор. „Следващата стъпка ще бъде създаването на пълноценна ядрена система, която спокойно ще може да транспортира астронавти до Марс през 2035 година“.

Ultra Safe Nuclear Corp. Technologies (USNC-Tech) съобщи основната информация за своето гориво. Използва се уран, който е обогатен над 5% и под 20%. Това са микроскопични частици с керамично покритие, импрегрирани в матрица от циркониев карбид. Тези малки капсули запазват вътре в себе си страничните радиоактивни продукти, но дават възможност за отделяне на всичката топлина от реакцията.

Използването на ядрени ракетни двигатели не е нова концепция, но иновациите в тази област започват сега.

4.3 6 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
16 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари