На каких стадиях находится разработка ядерного реактивного двигателя?

Question

[vbnn1]

Существует мнение, что ядерный реактивный двигатель может сократить время полета на Марс до 1 месяца.
Однако проведение эксперимента Марс- 500, научные статьи в прессе о влиянии радиации во время перелета человека в течение 8 месяцев, и другие исследования указывают на планы космических агентств, использовать уже существующие двигатели для будущих марсианских миссий. О перспективе полета в течение 1 месяца в одну сторону не идёт.

Если вам известно, на каких стадиях находится разработка такого двигателя? Какие проблемы возникают при его конструировании? Негативные стороны? Почему такой вопрос редко поднимается на асторесурсах?

Comments

[SpaceOdyssey]

До Марса можно долететь за 2 месяца, используя ЖРД. Обратно подольше. Главная проблема марсианской миссии - это торможение по прибытии и разгон для возвращения к Земле. Чем быстрее долетите, тем больше будут это величины. Соответственно, запредельно растет стартовая масса корабля. Ее можно удержать в разумных пределах и слетать на Марс на ЖРД за 11 месяцев. Но смысла в этом мало - только чей-то национальный престиж. Конечно, было бы разумней использовать транспорт с ЯРД. Без него полеты к планетам останутся в области фантастики. Только Марса и Венеры можно достичь на ЖРД.

Проблема радиационной защиты на корабле решается так. Рабочее тело - водород может быть эффективным экраном от потока нейтронов из реактора. Не нужно толстых стен из бетона и свинца. Хотя от гамма-излучения водород не спасает. Но от него можно спрятать членов экипажа в индивидуальных свинцовых пеналах не слишком большой массы, на то время, пока двигатели работают на разгон или торможение. В них же можно проводить время отдыха и сна постоянно. При этом гамма-радиация не наводится в окружающих предметах, в отличие от нейтронной. А с нейтронами проблема решаема. Думаю так ))

Answer 1

[RedCatX]

Ядерный ракетный двигатель разработан уже достаточно давно. Существуют два рабочих прототипа: американский двигатель NERVA, и советский РД-0410. Безусловно, эти двигатели смогут сократить время полета до Марса, но даже с ними полет займет больше чем один месяц. Почему эти двигатели не используются? Скорее всего, потому что человечество практически не выбирается за пределы орбиты Земли, а использовать ядерный двигатель для вывода космического корабля на орбиту вредно для экологии из за его радиоактивного выхлопа. Возможно если бы мы регулярно летали хотя бы до Луны, то на ядерные двигатели появился бы спрос, а налаживать серийное производство таких двигателей ради одной планируемой в отдаленном будущем миссии никто не станет.

Answer 2

[Илья Гром]

Была гонка держав с начала 60-х. В СССР финансирование было скромнее, так как правительство рассматривало эти технологии только в плане политического использования для давления на США. Но испытания проводились, и очень даже успешно. Говорят Курчатов в итоге был против, поскольку массовое применение таких двигателей означало бы загрязнение атмосферы. Технической проблемой был поиск материалов и конструкций, способных выдержать перепад температур в ~3000 градусов. Но и наши КБ и за океаном нашли решения, правда тут началась перестройка, и всё это оказалось ненужным.
Опасность представляет авария корабля в атмосфере Земли, если он оснащён подобным двигателем. Возможны радиоактивные осадки, да и остаточная радиация долго может давать знать.
Насчёт скорости перелёта, думаю более важна полезная нагрузка, а чем больше её, тем меньше шансов, что полёт будет "молниеносным". Неплохая статья по ЯРД тут.

Comments

[vbnn1]

Спасибо, познавательно.
В прессе иногда появляются заявления от чиновников Роскосмоса, Росатома, что работа продолжается и вот-вот начнут конструировать такой двигатель. Но кроме заявлений, в течение нескольких лет, результата не видно. Также нет информации какой именно двигатель будут делать. Или это новые наработки, или на базе советских разработок. И от США ничего не слышно.

[Илья Гром]

@vbnn1 Имхо, в пределах одной страны тяжело развернуть и наладить полёты к Марсу. Нужно тесное сотрудничество между развитыми индустриальными странами. Но увы.. :)

[Pawel_Samysev]

И в США, и в СССР в 60-е работы были свернуты из-за того, что не нашлись подходящие материалы, которые могут работать достаточно долго в условиях большой температуры. В начале 2000 США возобновили работы и опять пришли к выводу что у них нет материалов, которые со свойствами которые им необходимы. ЯРД который сейчас разрабатывается в России является новой разработкой. Согласен, что в одиночку его не сделать. Как подтверждение этого служит то, что сроки постоянно сдвигаются и параметры двигателя постоянно упрощаются.

Answer 3

[asv_nix]

Во времена холодной войны разрабатывались проекты атомолётов (самолёты способные летать от тепла вырабатываемого атомными двигателями). В СССР получилось создать достаточно компактный реактор который мог легко уместится в фюзеляже. Но было 2 "маленькие" проблемки:
1) Выхлоп радиоактивных веществ в атмосферу (кроме того самолёт неделю отстаивался в специальном бункере);
2) На летающий аппарат нельзя поставить достаточное количество противорадиационной защиты. На подводную лодку или корабль свинца можно залить очень много, а вот с самолётом и ракетой проблемы. Экипажи тех самолётов получили хорошую дозу и многие из них умерли (если не все).

Так что проблема не столько в двигателе, как в защите экипажа. Свинец на орбиту доставлять никто не будет, а слой фольги человека не спасёт.

Comments

[paynd]

Советский ЯРД был гораздо скромнее своего американского «коллеги», создавая тягу всего в 3,6 тонны и весил при этом тоже гораздо меньше — около 2 тонн, но при этом имел более высокий удельный импульс — около 925 секунд.
Мощность советского РД-0410 тоже была небольшой — реактор развивал тепловую мощность «всего лишь» в 196 МВт.
Но вот его массово-габаритное совершенство было уникальным — в такой микроскопический по меркам «Киви», а тем более — «Феба» объём советские инженеры смогли уложить всё то, что американцы смогли сделать лишь на двигателе, в десятки раз более мощном и крупном.
При этом ресурс РД-0410, подтверждённый испытаниями на Семипалатинском ядерном полигоне, проведенными на полной мощности, составил более 4000 секунд (около 70 минут), что превосходило лучшие достижения американцев с графитовыми зонами своих ЯРД более, чем втрое.
Кроме того, высокий удельный импульс советского ЯРД обуславливался тем, что, в отличии от американцев, которые на «Фебе-2» не рисковали постоянно держать температуру в 3000 °C, предпочитая более комфортные условия 2000-2500 °C, советский двигатель по-честному отработал на 3000 °C все 4000 секунд (у американцев подъём температуры на их ЯРД постоянно сопровождался частичным разрушением активной зоны, что и обуславливало низкий удельный импульс их прототипов).

Важно также отметить, что испытания советского ЯРД, в отличии от длительных доводок американских двигателей по программе NERVA, которые даже в конце испытаний продолжали страдать от выноса радиоактивных элементов в реактивную струю двигателя, показали полное отсутствие радиоактивных продуктов из активной зоны реактора в реактивной струе ЯРД.
То есть — выхлоп советского ЯРД был ещё и предельно «чистым».

В общем, если резюмировать в целом тему твердотельных ЯРД, которую независимо друг от друга вели СССР и США по обе стороны «железного занавеса» — то получится, что США показал, что можно создавать двигатели мощные и обладающие соотношением T/W в пределе от 3 до 4, а СССР эти двигатели ещё и заставил работать с уникально большим удельным импульсом и на гораздо более высоких температурах.

То есть, соединив наработки США и СССР — уже к 1990-м годам вполне бы можно было создать работающий твердотельный ЯРД с мощностями, превосходящими испытанные в США и с удельным импульсом, достигнутым в СССР.

Очень интересно написано тут: alex-anpilogov.livejournal.com/48497.html

[Alexander Burov]

paynd: Спасибо, очень интересно, однако 70 минут -- это далеко не месяц :-) к тому же потом ещё столько же лететь обратно, так что двигатель должен будет способен работать минимум 2 месяца.

[paynd]

Alexander Burov: прототип же!