ЯДЕРНАЯ РАКЕТА 4


Первый из этих реакторов — «Феб-1» имеет примерно такие же размеры, как и «Киви-В» (диаметр 813 лш, длину 1395 лш), однако рассчитан на примерно вдвое большую мощность; на базе этого реактора должен быть создан двигатель «Нерва-1». Более поздняя модификация «Феб-2» мощностью порядка 4000—5000 Мет является основной целью этих работ, поскольку предназначена для использования на летном варианте двигателя «Нерва-2». Этот двигатель тягой в диапазоне 90—110 7" должен иметь исходное значение удельного импульса 825 сек (с последующим увеличением до 900 сек), основывающееся на уже достигнутых значениях температуры в реакторе порядка 1980°С) (расчетная температура равна 2500°С) и давлении 44 атм; высота двигателя равна примерно 12 м, наружный диаметр (по корпусу реактора)-—1,8 м ). Расход водорода для двигателя с реактором «Феб-1» составляет 32—34 кг!сек, «Феб-2» — 136 кг/сек ). Вес двигателя Нерва-2» должен составить примерно 13,6 Т).

В феврале 1967 г. были проведены стендовые испытания реактора «Феб-1» в течение 45 минут, в том

) Interavia Air Letter, 7. II. 1966, № 5934, стр. 6. Вторая серия испытаний началась 8. VI. 1966 (New York Times, 9. VI. 1966).

) Astronautics a. Aeronautics, VI, 1965, стр. 46. Сообщалось и о работе Лаборатории над более мощным двигателем «Аполлон» (Astronautics, VIII, 1965, т. 3, № 8, стр. 85).

) Technology Week, 1966, т. 19, № 22, стр. 118. По другим данным диаметр активной зоны реактора 838 мм (Flight, 29. VI. 1967, № 3402,«стр. 1079).

) Максимальная температура газов в реактивной струе двигателя «Нерва», достигавшаяся при испытаниях в 1967 г., равна, как указывается, 2050° С (Flight, 6. IV. 1967, стр. 532).

) Flight, 29. VI. 1967, № 3042, стр. 1076.

) Flight, 30. III. 1967, т. 91, № 3029, стр. 492а.

) Flight, 29. VI. 1967, № 3042, стр. 1076.

) Aerospace Technology, 20. XI. 1967, т. 21, № 11, стр. 40.

числе 30 минут) на мощности 1250—1500 Мет. Реактор «Феб-2» был испытан в июне 1968 г.; он работал более 1 часа, причем 12 минут — на тепловой мощности 4200 Мет). Двигатель «Нерва-1» предполагается подготовить к эксплуатации к середине 70-х гг., двигатель «Нер-ва-2» — к концу того же десятилетия ). По последним данным, финансовые трудности, с которыми США столкнулись, главным образом в связи с дорогостоящей эскалацией войны во Вьетнаме, заставили правительство США отказаться на этом этапе от работ по двигателю «Нерва-2», программа которых была объявлена президентом Джонсоном в марте 1967 г., и создать двигатель «Нерва-1» несколько повышенной мощности. Такой двигатель длиной 9 м должен иметь тягу 34 Г и удельный импульс 825 сек с длительностью работы до 50 минут). Испытание реактора NRX-A6, проведенное по этой программе 15 декабря 1967 г., велось на мощности 1100 Мет в течение 60 мин.). В июне 1969 г. были проведены первые горячие испытания экспериментального двигателя «Нерва ХЕ-1» на тяге 22,7 Т, что соответствует тепловой мощности реактора 1100 Мет). Кстати сказать, во время испытания реактора «Феб-2» он должен быть окружен защитным экраном толщиной около 1,8 м, а также другим экраном, в котором между стенками высотой 4,6 м из алюминиевого сплава течет смесь борной кислоты и буры, хорошо поглощающая нейтронное и гамма-излучение). Несмотря на эту внушительную биологическую защиту, управление реактором будет производиться дистанционно, с пункта управления, отнесенного на расстояние примерно 3,2 км). Разработаны и многочисленные устройства, облегчающие подготовку ядерного двигателя к испытаниям, уход за ним, и т. п. Это — одна из весьма серьезных задач, связанных с созданием ядерных ракетных двигателей. Когда в 1966 г.

) Missile/Space Daily, 27. И. 1967, т. 23, № 37, стр. 225.

) Space/Aeronautics, I, 1969.

*) Missiles and Rockets, 30. XI. 1964, стр. 173.

*) Flying Review, II, 1969, t. 24, № 5, стр. 10.

) New Scientist, 4. I. 1968.

Aviation Week, 16. VI 1969, t. 90, № 24, стр. 30.

) Missile/Space Daily, 18. I. 1966, t. 17, № 12, стр. 90.

) Chemical and Engineering News, 7. VIII. 1967, t. 45, № 33, стр. 32.

5 К. А. Гильзин

испытывались реакторы «Киви» и NRX, то радиационные защитные экраны не устанавливались, вследствие чего испытатели могли подходить к стенду только через пять суток после испытаний, когда радиоактивность снижалась до безопасного уровня.

При разработке реактора типа «Феб-2» для ядерного ракетного двигателя «Нерва» ставится задача не только увеличения мощности и соответственно тяги двигателя, но также повышения удельного импульса (850—1000 сек) путем увеличения рабочей температуры до 3000° К, увеличения общей длительности работы (1 час и более)), увеличения удельной мощности, т. е. мощности на единицу веса и объема. Последняя задача — важнейшая для космического ядерного реактора; об этом уже упоминалось на стр. 104.

В самом деле, ведь мощность 5000 Мет— рекордная даже для гигантских гидроэлектростанций, атомных установок такой мощности еще нет, а реакторы существующих атомных электростанций гораздо меньшей мощности размещаются в грандиозных корпусах. Даже первенец атомной энергетики — реактор первой в мире атомной электростанции, пущенной в эксплуатацию 27 июня 1954 г. в г. Обнинске под Москвой, размещен в специальном трехэтажном здании, а ведь его мощность всего 5 Мет, в тысячу раз меньше! А активная зона реактора «Феб-2» мощностью 5000 Мет для двигателя «Нерва» имеет диаметр 40 см ), высоту 60 см и объем 75 дм\). Весь реактор имеет высоту 2,1 м и диаметр около 2 м).

Хотя реактор типа «Феб» в принципе аналогичен по устройству графитовым ядерным реакторам атомных электростанций, подлодок и т. п., требование максимального уменьшения веса и размеров при одновременном резком повышении мощности, а также особенности применения реактора в ядерном ракетном двигателе радикально меняют конструкцию реактора. Эти различия связаны с конструкцией активной зоны, системой подачи рабочего вещества —

) Исследования, которые ведутся в США в этом направлении, включают в себя, в частности, и разработку вольфрамового реактора вместо графитового (Flight, 29. VI. 1967, стр. 1076).

) По другим данным (Flight, 29. VI. 1967, № 3042, стр. 1076)— 84 см.

) Реферативный журнал «Ракетостроение», I, 1968, реф. 1.41.118.

) Chemical and Engineering News, 7. VIII. 1967, т. 43, № 33, стр. 32.

охладителя реактора, конструкцией отражателя нейтронов, системой регулирования мощности и др. В частности, например, регулирование мощности реактора, которое необходимо в очень широком диапазоне, осуществляется с помощью регулирующих стержней из вещества, хорошо поглощающего нейтроны, например, сплава с большим содержанием бора, как это делается и в обычных реакторах, но вместо обычного погружения стержней в реактор для замедления цепной реакции и соответствующего уменьшения мощности, в реакторе «Феб» вращающиеся бериллиевые стержни поворачиваются так, что часть их поверхности с нанесенным нейтронопоглощающим веществом (бороалюминиевый сплав) обращается внутрь активной зоны ^.Таких стержней предусмотрено 12, их поворот осуществляется с помощью пневматического привода, управляемого электросигналами автоматической системы управления и регулирования; эта же система обеспечивает возможность остановки и повторного запуска реактора, которые, кстати сказать, должны выполняться гораздо быстрее, чем в обычных стационарных реакторах: если обычные реакторы включаются в течение нескольких дней, а то и недель, то ракетный — в считанные секунды * 2).

Величина мощности реактора и, следовательно, тяги двигателя изменяется как путем поворота регулирующих стержней, так и изменением числа оборотов турбонасосно-го агрегата, подающего рабочее вещество — жидкий водород, и соответственно его секундного расхода. В свою очередь это число оборотов изменяется путем регулирования количества газообразного водорода, отбираемого из реактивного сопла двигателя (к этим раскаленным газам затем подмешивается и более холодный водород для снижения температуры до допустимой) и подаваемого на лопатки турбины, приводящей в действие водородный насос). Как видите, система регулирования двигателя весьма сложна, и, конечно, должна быть безусловно надежной, как и другие системы и элементы двигателя. Не удивительно, что создание ядерного ракетного двигателя оказывается такой сложной задачей.

*) Экспресс-информация «Астронавтика и ракетодинамика», 15. VI. 1966, № 23, реф. 215.

) Flight, 6. IV, 1967, стр. 531; Chemical and Engineering News, 7. VIII. 1967, т. 45, № 33, стр. 32.

) J. of the British Interplanetary Society, IV, 1964, t. 19, стр. 305.

5* 131

Реактор «Феб» работает на так называемых тепловых нейтронах, т. е. обладающих существенно пониженной скоростью движения в результате их торможения в замедлителе, вес которого составляет значительную часть общего веса реактора, вследствие чего мысль конструктора естественно обращается к так называемым реакторам на быстрых нейтронах), в которых отсутствует замедлитель. Однако такие реакторы обладают своими недостатками, важнейшим из которых является то, что в тепловыделяющих элементах их активной зоны должно содержаться гораздо больше ядерного горючего. Если в «тепловых» реакторах объемная концентрация ядерного горючего не превышает 15—20%, то в «быстрых» она достигает 50%. Но это неизбежно приводит к уменьшению максимально допустимой рабочей температуры активной зоны, ибо температура плавления ядерного горючего гораздо ниже, чем вещества, в котором оно диспергируется. Так, например, конструкционный материал тепловыделяющих элементов, состоящий наполовину из ядерного горючего — карбида урана и наполовину из карбида гафния, имеет температуру плавления 3450° К, тогда как сам карбид гафния — 4160° К. Разница существенная. Главным образом поэтому в США остановились на «тепловом» реакторе для двигателя «Нерва», хотя исследования по «быстрым» реакторам не прекращаются.

Что же обещают космонавтике ядерные ракеты?

Такие ракеты могут быть использованы для самых разных космических полетов — на Луну, межпланетных полетов человека и др. В одних случаях они позволяют существенно увеличить полезный груз по сравнению с химическими ракетами, в других — совершить полеты,^ вообще недоступные для этих ракет, в третьих — резко сократить продолжительность полета.

Иногда называют и другие потенциальные возможности ядерных космических ракет, которые, может быть, кажутся на первый взгляд второстепенными, но в некоторых ситуациях могут оказаться весьма ценными. Одна такая возможность, например, связана с весьма широким возможным вЪгбором рабочего вещества для ядерных ракетных двигателей. Как мы знаем, лучше всего для этого подходит водород, но ведь в принципе-то может быть исполь-

*) Реферативный журнал «Авиационные и ракетные двигатели»,

III, 1965, реф. 3.34.123.

зовано практически почти любое вещество. Хорошо, если оно будет обладать малым молекулярным весом, но на худой конец и это не обязательно, просто несколько ухудшится эффективность двигателя, как это можно видеть, например, хотя бы по рис. 24. И это обстоятельство имеет вовсе не академический интерес. Конечно, на Земле, готовясь к старту космического полета, можно взять на борт корабля самое лучшее рабочее вещество. Иное дело — на планете, куда прибудет корабль с опустошенными после изнурительного полета топливными баками. Иметь возможность пополнить баки веществом, найденным на планете, это значит многократно упростить задачи космонавтики, сделать доступными многие, иначе недостижимые цели. Такая возможность в принципе существует и для химических ракетных двигателей, ученые серьезно считаются с ней, рассматривая здесь все возможные варианты. Но разве не ясно, что в случае ядерных ракет дело будет обстоять неизмеримо лучше? Уж для этих-то ракет рабочее вещество можно будет найти, вероятно, на любой планете в ее атмосфере, гидросфере или литосфере *)• Другая подобная потенциальная возможность ядерных ракет совсем не связана, собственно, с самими ракетами. Представьте себе обычную химическую ракету, в баках которой не осталось уже ни капли топлива. Конечно, можно попытаться использовать эти громадные конструкции из металла в качестве строительного материала в космосе или на планете, создать из них убежища для космонавтов, и т. п. Однако их энергетическая ценность практически равна нулю, если не учитывать возможности сжигания металла в камере сгорания двигателя по идее Ф. А. Цандера. Иное дело — ядерная ракета. Ядерное горючее может быть использовано и после того, как истек положенный срок работы ракетного двигателя, ядерный реактор будет продолжать еще очень длительное время генерировать энергию, нужда в которой в любой межпланетной экспедиции всегда велика. Правда, эта мощность будет пониженной, но все равно очень полезной. Даже после очень длительного времени работы реактор все же будет излучать тепло, которое сможет быть использовано, например, для обогрева построенных на Луне или планете убежищ для космонавтов и для других целей.

) Science News, 21. X. 1967, стр. 395 и др.

Ученые США, работающие по программе «Ровер», предполагают, в частности, создать на базе ядерного ракетного двигателя «Нерва-2» своеобразную стандартную ядерную ракетную ступень, с помощью которой можно было бы строить самые различные ракетно-космические системы (рис. 30). При установке стандартной ядерной

Рис. 30. Ядерные космические ракеты на основе двигателя «Нерва». Сверху — стандартная ядерная ракетная ступень, снизу — различные варианты ядерных ракетно-космических систем на базе

стандартной ступени.

1 — ядерный ракетный двигатель «Нерва-2», 2 — устройство для создания ракетной связки, 3 — бак рабочего вещества (водорода) изменяемой емкости, от 45 до 160 т, 4 —- устройство для стыковки, 5 — исходная стандартная ступень, 6 — ракета для непосредственной высадки на Луну и беспилотных космических зондов, 7 — ракета для пилотируемого облета Марса, 8 — ракета для высадки космонавтов на Марсе (Flight, 30. Ill 1967,

стр. 493).

ступени вместо обычной третьей ступени космической ракеты-носителя «Сатурн-5» в случае полета космонавтов с высадкой на Луне полезный груз может быть увеличен на 65—

100%, к Марсу может быть выведен полезный груз 26 г). Для пилотируемого полета на Марс, практически неосуществимого с помощью современных и реально мыслимых химических ракет, предполагается использовать пять стандартных ядерных ступеней: связку из трех таких ступеней — в качестве первой ступени трехступенчатой ракеты-носителя, и по одной такой же ступени— для второй и третьей ступеней). Сборка подобной ядерной ракеты должна производиться на околоземной орбите. Такой полет считается возможным в 1985— 1990гг. ).



Электрические межпланетные корабли, Гильзин К.А., 1970



Блондинка за углом смотреть фильм
Маленькая Вера смотреть фильм
Любовь и голуби смотреть фильм