Возможности полетов на ядерных двигателях

Атом на службе мирным целям. Полеты на ядерных двигателях. Статейка 2001 года. Не устарело в основном.   Космические ракетные двигатели 2001 г. (Надо сказать, описание не очень реалистично, и не очень оптимистично, но статья написана действующим специалистом по ракетным двигателям) Курт В. A. (Wesley A. Kuhrt) Введение Любое сколько-нибудь серьезное прогнозирование перспективных разработок для таких важных отраслей техники, как космическое двигателестроение, и на такой большой промежуток времени, как 35 лет, должно опираться более чем на оптимистическую экстраполяцию опыта прошлого. Кроме влияния научных и технических новшеств необходимо обязательно учитывать и другие факторы, включая социальную основу, национальные цели и международные отношения. В прошлом достижения техники в общем случае стимулировались требованиями, выдвигаемыми крупными войнами. В будущем создастся совсем иное положение. Конечно, временами возможны некоторые задержки в разработке космических двигателей, вызванные ограничением бюджетных ассигнований вследствие возникновения локальных конфликтов. Однако не предполагается возникновения глобальной термоядерной войны. Напротив, ожидается, что основные ядерные державы заключат жизненно важные договоры о прекращении разработки ядерного оружия и объединят усилия в сфере экономики и техники: освоении космоса, океанологии, биологии и т. д. Научные достижения станут социально и политически приемлемой целью для всех развитых наций. Технические результаты наших достижений в области космических разработок дадут земные выгоды, имеющие ярко выраженный социальный смысл. С помощью совершенных орбитальных систем доставки станет возможным создание дешевых глобальных коммуникаций. Кроме того, на базе новой техники, ориентированной на разработку космических ракетных систем, будут созданы полуглобальные гиперзвуковые суборбитальные транспортные аппараты. В сфере энергоснабжения появятся высокоэффективные ядерные электростанции и усовершенствованные системы распределения энергии. Такие перспективные достижения будут возможны благодаря решающим успехам в материаловедении, физической химии, криогенной технике и разработке конструкций. К 2000 г. будут применяться нити, имеющие прочность на растяжение порядка 700 - 1400 кг/мм², и жаропрочные композиционные материалы, сохраняющие механические свойства вблизи точки плавления. Новые познания в области молекулярных поверхностных свойств позволят применить процессы катализа для стабилизации химических связей свободных радикалов и метастабильных соединений благородных газов. Создание новых сверхпроводящих сплавов с температурами перехода в диапазоне температур жидкого водорода приведет к усовершенствованию электрических устройств, для которых требуются сильные магнитные поля. Здесь перечислено лишь несколько технических достижений, ожидаемых в последующие 35 лет, которые обеспечат дальнейший прогресс в области ракетостроения. Эволюция космического двигателестроения до 2000 г. имеет много важных сторон, которые невозможно охватить в кратком докладе. Ограничимся рассмотрением двигательных систем, которые будут разработаны к 2000 г., с более подробным анализом характеристик тех систем, которые окажут значительное влияние на развитие космического транспорта будущего. Космические двигательные системы 2001 г. ХИМИЧЕСКИЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В табл. 1 перечислены космические двигательные системы, которые будут уже разработаны или будут еще находиться в стадии разработки в 2000 г. Несмотря на то что роль химических ракетных двигателей к концу нынешнего столетия существенно уменьшится, некоторые самые совершенные химические двигатели все еще будут находить применение. Более эффективные ядерные двигательные системы заменят химические ракетные двигатели в качестве маршевых двигательных систем, однако ввиду относительной простоты химических двигателей, применяемых для управления положением ракет, коррекции траекторий, в экспедиционных отсеках и т.д., они еще будут использоваться и усовершенствоваться. Ракетные двигатели на твердом топливе будут иметь очень высокий относительный вес топлива, заключенного в корпус, изготовленный намоткой стекловолокна с модулем 2,1•10⁶ кг/см². Кроме того, будет применяться газодинамическое регулирование вектора тяги и контура сопла для обеспечения максимальных характеристик. Таблица 1 Ракетные двигательные системы 2001 г.

Химические ракетные двигатели	Жидкостные ракетные двигатели Ракетные двигатели на твердом топливе Гибридные ракетные двигатели
Ядерные ракетные двигатели	С твердофазной активной зоной С газофазной активной зоной Электрические ракетные двигатели с ядерным реактором Импульсные ядерные ракетные двигатели
Термоядерные ракетные двигатели	С непосредственным созданием тяги Электрические термоядерные ракетные двигатели
Фотонные ракетные двигатели	С использованием аннигиляции материи

Топливные заряды будут армированы выгорающими металлическими нитями из высокоэффективных материалов и будут проектироваться с использованием вычислительных машин, что позволит получить скорости выгорания, требуемые для оптимизации характеристик. Некоторые твердые топлива с очень высокими энергетическими характеристиками, обладающие удельным импульсом ~350 - 450 сек, будут содержать свободные радикалы и соединения гелия и аргона.

Ракетные двигатели на твердом топливе будут по-прежнему применяться в космических двигательных системах, но только в тех случаях, когда требуется быстродействие системы, малый объем и простота конструкции. В полночь 31 декабря 1999 г. мы, возможно, будем иметь удовольствие наблюдать гигантский орбитальный фейерверк в честь нового тысячелетия, символизирующий мирное уничтожение мирового арсенала ракетно-ядерного оружия.

Разработка жидкостных ракетных двигателей будет характеризоваться в основном применением высокоэффективных кислородо-водородных двигателей с давлением в камере сгорания порядка 350 - 700 ат. Новые компоновочные схемы донной части ракеты и двигателей позволят оптимизировать летные характеристики ракеты. Дальнейшая разработка легких изоляционных материалов обеспечит возможность длительного хранения криогенных горючих и окислителей с малыми потерями как в атмосферных, так и космических условиях. Аналогичные работы в области криогенной техники позволят разрешить проблемы стабилизации и хранения топлив на основе свободных радикалов и высокоэнергетических соединений гелия и других благородных газов, что откроет совершенно новую эру в развитии химических ракетных систем. Освоение указанных топлив и использование высоких давлений в камере сгорания на основе опыта разработки обычных кислородо-водородных двигателей приведут к созданию ракетных двигательных систем с удельной тягой от 600 до 1000 сек. Поскольку продукты истечения из таких двигателей будут обладать высокой энтальпией, широкое применение получит форсирование тяги за счет использования воздуха на участках полета, где траектория будет проходить в земной атмосфере.

Развитие гибридных ракетных двигателей по-прежнему будет базироваться на наиболее важных достижениях в области ракетных двигателей на жидком и твердом топливах.

---

Дата добавления: 2015-07-16