Ядерная ракета на соленой воде
Предлагаемый механизм ракетного движителя

Ядерная ракета на солёной воде ( NSWR ) — это теоретический тип ядерной тепловой ракеты , разработанной Робертом Зубриным . [1] Вместо традиционного химического топлива , такого как в химической ракете , ракета будет работать на солях плутония или 20-процентно- обогащённого урана . Раствор будет содержаться в пучке труб, покрытых карбидом бора (из-за его свойств поглощать нейтроны ). Благодаря сочетанию покрытия и пространства между трубами содержимое не достигнет критической массы , пока раствор не будет закачан в реакционную камеру , таким образом достигнув критической массы, и не будет выброшен через сопло для создания тяги. [1]

Предлагаемый дизайн

Химические ракеты используют тепловую энергию, полученную в результате химической реакции, для нагрева газообразных продуктов. Горячие продукты выходят через сопло двигателя на очень высокой скорости, создавая тягу. [2] В ядерной тепловой ракете (NTR) тяга создается путем нагрева жидкости с помощью ядерного реактора деления. Чем ниже молекулярный вес выхлопных газов (водород имеет наименьший возможный), тем эффективнее может быть двигатель. Однако в этом двигателе пропеллентом может быть любая из многих жидкостей, имеющих подходящие свойства, поскольку она не участвует в генерации тепла. [3] В NSWR ядерная соленая вода будет проходить через реакционную камеру и выходить из выхлопного сопла таким образом и с такими скоростями, что критическая масса начнется, как только камера будет заполнена до определенной точки; однако пиковый поток нейтронов реакции деления будет происходить вне транспортного средства. [1]

Преимущества конструкции

Есть несколько преимуществ по сравнению с обычными конструкциями NTR. Поскольку пиковый поток нейтронов и скорости реакции деления будут происходить вне транспортного средства, эти действия могут быть гораздо более энергичными, чем если бы их было необходимо разместить в сосуде (который имел бы температурные ограничения из-за ограничений материалов). [1] Кроме того, изолированный реактор может позволить только небольшому проценту своего топлива подвергнуться делению в любой момент времени; в противном случае он перегреется и расплавится (или взорвется в неконтролируемой цепной реакции деления ). [4] Реакция деления в NSWR является динамической, и поскольку продукты реакции выбрасываются в космос, она не имеет ограничения на долю топлива деления, которое реагирует. Во многих отношениях NSWR сочетают в себе преимущества реакторов деления и бомб деления. [1]

Поскольку они могут использовать силу того, что по сути является непрерывным ядерным взрывом деления, NSWR будут иметь как очень высокую тягу , так и очень высокую скорость истечения , что означает, что ракета сможет быстро разгоняться, а также быть чрезвычайно эффективной с точки зрения использования топлива. Сочетание высокой тяги и высокого удельного импульса является очень редкой чертой в ракетном мире. [5] Одна конструкция будет генерировать 13 меганьютонов тяги при скорости истечения 66 км/с (или 6730 секунд ISP по сравнению со скоростью истечения ~4,5 км/с (450 секунд ISP) для лучших химических ракет по состоянию на февраль 2023 года). [6]

В конструкции и расчетах, обсуждаемых выше, используются 20-процентно обогащенные соли урана . Однако было бы правдоподобно использовать другую конструкцию, которая была бы способна достичь гораздо более высоких скоростей истечения (4725 км/с) и использовать 30 000-тонную ледяную комету вместе с 7 500 тоннами высокообогащенных солей урана для разгона 300-тонного космического корабля до 7,62% скорости света и потенциального прибытия к Альфе Центавра после 60-летнего путешествия. [1]

«NSWR имеют много общих черт с двигательными системами Orion , за исключением того, что NSWR будут генерировать непрерывную, а не импульсную тягу и могут быть работоспособны в гораздо меньших масштабах, чем самые маленькие возможные конструкции Orion (которые, как правило, большие из-за требований к системе амортизации и минимального размера эффективной ядерной взрывчатки )». [7]

Ограничения

Топливо, используемое в первоначальной конструкции, содержало бы довольно большое количество относительно дорогого изотопа 235 U , что было бы не очень экономически эффективно. Однако, если бы использование NSWR начало расти, его можно было бы заменить более дешевыми изотопами 233 U или 239 Pu либо в реакторах-размножителях деления, либо (гораздо лучше) в гибридных реакторах ядерного синтеза-деления . Эти другие делящиеся вещества имели бы правильные характеристики, чтобы служить почти так же хорошо, при относительно низкой стоимости. [1] [8]

Другим серьезным ограничением конструкции ядерной ракеты на соленой воде Роберта Зубрина было отсутствие материала для использования в реакционной камере, который мог бы фактически поддерживать такую ​​реакцию внутри космического корабля. Зубрин утверждал в своей конструкции, что аппарат был создан таким образом, что скорость или расход жидкости были тем, что имело наибольшее значение в процессе, а не материал. Поэтому он утверждал, что если была выбрана правильная скорость для жидкости, проходящей через реакционную камеру, то место максимального высвобождения деления могло бы быть расположено в конце камеры, что позволило бы системе оставаться целой и безопасной для эксплуатации. Эти заявления до сих пор [ по состоянию на? ] не были доказаны, поскольку ни одно испытание такого устройства никогда не проводилось. [9]

Например, Зубрин утверждает, что если разбавленное ядерное топливо поступает в камеру со скоростью, близкой к скорости диффузии тепловых нейтронов , то ядерная реакция ограничивается камерой и не повреждает остальную часть системы (ядерный аналог газовой горелки ). Возможная проблема в этом направлении мышления заключается в том, что нейтроны не все диффундируют с одинаковой скоростью, а имеют широкое распределение по нескольким порядкам величины. Возможно, что хвосты этого распределения скоростей будут достаточными для генерации достаточного количества тепла в системе подачи топлива (за счет рассеяния и деления), чтобы разрушить систему. [ требуется цитата ] На этот вопрос, возможно, можно ответить с помощью детального моделирования Монте-Карло переноса нейтронов.

Выхлоп судна будет содержать радиоактивные изотопы , но в космосе они будут быстро рассеиваться после прохождения лишь небольшого расстояния; выхлоп также будет перемещаться с высокой скоростью (в сценарии Зубрина, быстрее, чем скорость убегания Солнца , что позволит ему в конечном итоге покинуть Солнечную систему). Однако это малопригодно на поверхности планеты, где NSWR будет выбрасывать огромные количества перегретого пара, все еще содержащего делящиеся ядерные соли. Наземные испытания могут быть предметом разумных возражений; как написал один физик:

«Написание заявления о воздействии на окружающую среду для таких испытаний [...] может представлять собой интересную проблему...». [9]

Также нет уверенности в том, что деление в NSWR можно контролировать:

«Возможность управления быстрой критичностью в ракетном двигателе остается открытым вопросом» [10] .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Р. Зубрин (1991). "Ядерные ракеты на соленой воде: высокая тяга при 10 000 сек ISP" (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . 44 : 371–376.
  2. ^ Angelin, Marcus; Rahm, Martin; Gabrielson, Erik; Gumaelius, Lena (17 августа 2012 г.). «Ученый-ракетчик на день: исследование альтернатив для химического движения». Journal of Chemical Education . 89 (10): 1301–1304. Bibcode : 2012JChEd..89.1301A. doi : 10.1021/ed200848r.
  3. ^ Бабула, Мэрайя. "Ядерное тепловое ракетное движение". NASA.gov . Офис анализа космических движений и миссий NASA. Архивировано из оригинала 11 июня 2013 г. Получено 1 мая 2016 г.
  4. ^ Хасэгава, Коити (март 2012 г.). «Столкновение с ядерными рисками: уроки ядерной катастрофы на Фукусиме». Международный журнал японской социологии . 21 (1): 84–91. doi :10.1111/j.1475-6781.2012.01164.x.
  5. ^ Braeunig, Robert (2005) [1997]. "Ракетное движение". Ракетно-космическая техника. braeunig.us . Архивировано из оригинала 12 июня 2006 года . Получено 1 мая 2016 года .
  6. ^ Зубрин, Р. (1991). «Ядерные ракеты на соленой воде: высокая тяга при 10 000 сек ISP» (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . 44 : 371–376 – через narod.ru.
  7. ^ Стерн, Дэвид П., д-р (19 ноября 2003 г.). «Далекие пути в космос: ядерная энергетика». От наблюдателей за звездами до космических кораблей (отчет) . Получено 14 ноября 2012 г.{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Кан, Юнгмин; фон Хиппель, Франк Н. (2001). «U-232 и устойчивость U-233 к распространению в отработанном топливе». Наука и всеобщая безопасность . 9 (1): 1–32. Bibcode : 2001S&GS....9....1K. doi : 10.1080/08929880108426485. S2CID  8033110.
  9. ^ ab Cramer, JG (декабрь 1992 г.). "Nuke your way to the stars". Альтернативная колонка. Analog Science Fiction and Fact . AV-56 . Получено 07.03.2012 .
        текст также доступен в "Alternate View Column AV-56". npl.washington.edu . Получено 2017-04-18 .
  10. ^ Макнатт, Ральф Л. младший (31 мая 1999 г.). Реалистичный межзвездный исследователь (PDF) (Отчет). Заключительный отчет по фазе I. Институт передовых концепций НАСА . Получено 14 ноября 2012 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ракета_на_ядерной_соленой_воде&oldid=1227182691"