Радиоизотопная ракета

Радиоизотопная ракета или радиоизотопная тепловая ракета — это тип теплового ракетного двигателя , который использует тепло, образующееся при распаде радиоактивных элементов, для нагрева рабочего тела , которое затем выбрасывается через сопло ракеты для создания тяги . По своей природе они похожи на ядерные тепловые ракеты , такие как NERVA , но значительно проще и часто не имеют движущихся частей. В качестве альтернативы радиоизотопы могут быть использованы в радиоизотопной электрической ракете . ^[1] в котором энергия ядерного распада используется для выработки электроэнергии, используемой для питания электрической двигательной установки .

Основная идея заключается в развитии существующих систем радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РТГ), в которых тепло, выделяемое при разложении ядерного топлива, используется для выработки электроэнергии. В ракетах генератор удаляется, а рабочее тело вместо этого используется для непосредственного создания тяги. В этой системе возможны температуры от 1500 до 2000 °C (от 2700 до 3600 °F), что обеспечивает удельные импульсы примерно от 700 до 800 секунд (от 7 до 8 кН·с/кг), что примерно вдвое больше, чем у лучших химических двигателей. такие как LH2 - LOX главный двигатель космического корабля .

Однако количество энергии, вырабатываемой такими системами, обычно довольно низкое. В то время как можно ожидать, что полная «активная» реакторная система ядерной тепловой ракеты будет генерировать мощность более гигаватта, радиоизотопный генератор может вырабатывать 5 кВт. Это означает, что конструкция, несмотря на свою высокую эффективность, может обеспечивать уровень тяги от 1,3 до 1,5 Н (от 0,29 до 0,34 фунта-силы), что делает их полезными только для двигателей. Чтобы увеличить мощность для миссий средней продолжительности, в двигателях обычно используется топливо с коротким периодом полураспада , такое как полоний-210 , в отличие от типичного РИТЭГа, в котором используется топливо с длительным периодом полураспада, такое как плутоний-238 . чтобы производить более постоянную мощность в течение более длительных периодов времени. ^[2]

Еще одним недостатком использования радиоизотопов в ракетах является невозможность изменения рабочей мощности. Радиоизотоп постоянно выделяет тепло, которое необходимо безопасно рассеивать, когда он не нагревает топливо. С другой стороны, реакторы можно дросселировать или останавливать по желанию.

Развитие технологий

TRW поддерживала довольно активную программу разработки, известную как Poodle, с 1961 по 1965 год, и сегодня эти системы до сих пор часто называют двигателями Poodle . Название было отсылкой к более крупным системам, разрабатываемым в рамках Project Rover , что привело к созданию NERVA. В апреле 1965 года они проработали 65 часов на своем испытательном двигателе при температуре около 1500 °C (2700 °F), создав удельный импульс от 650 до 700 секунд (от 6,5 до 7 кН·с/кг).

Фотонное давление

Даже без выхлопа фотонное давление энергии, излучаемой тепловым источником, может создать тягу, хотя и в крайне незначительной степени. Известным примером тяги космического корабля из-за давления фотонов была аномалия «Пионер» , при которой фотоны бортового радиоизотопного источника вызывали небольшое, но измеримое ускорение космического корабля «Пионер».

Аналогичное явление произошло на космическом корабле « Новые горизонты» ; Фотоны (тепловые инфракрасные) от РИТЭГ, отраженные от антенны космического корабля, создали очень небольшую тягу, которая немного отклонила космический корабль от курса. ^[3]

См. также

Ссылки

^ Шмидт, Джордж Р.; Манзелла, Дэвид Х.; Камхави, Хани; Кремич, Тибор; Олесон, Стивен Р.; Данканич, Джон В.; Дудзински, Леонард А. (1 февраля 2010 г.). «Радиоизотопная электрическая двигательная установка (РЭП): ближайший подход к ядерной двигательной установке». Акта Астронавтика . 66 (3): 501–507. Бибкод : 2010AcAau..66..501S . дои : 10.1016/j.actaastro.2009.07.006 . hdl : 2060/20110016114 .
^ Документ заседания AIAA, в котором сравниваются фермий, полоний и плутоний в качестве источников энергии. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Статья на официальном сайте New Horizons, в которой упоминается тяга РИТЭГа.

Внешние ссылки

Исследование документа на совещании AIAA, в котором сравниваются двигатели Poodle с химическим (водородно-фтористым) вариантом силовой установки верхней ступени ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
Патент США 3315471; Радиоизотопный ракетный двигатель прямого цикла; 1967 год; Ли, Дэйли Чарльз, Вердес, Эстейтс Палос
Патент США 3306045; Радиоизотопная ракета; 1967 год; Буфорд младший, Уильям Х. Томас младший, Артур Н.

[1] Шмидт, Джордж Р.; Манзелла, Дэвид Х.; Камхави, Хани; Кремич, Тибор; Олесон, Стивен Р.; Данканич, Джон В.; Дудзински, Леонард А. (1 февраля 2010 г.). «Радиоизотопная электрическая двигательная установка (РЭП): ближайший подход к ядерной двигательной установке». Акта Астронавтика . 66 (3): 501–507. Бибкод : 2010AcAau..66..501S . дои : 10.1016/j.actaastro.2009.07.006 . hdl : 2060/20110016114 .

[2] Документ заседания AIAA, в котором сравниваются фермий, полоний и плутоний в качестве источников энергии. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[3] Статья на официальном сайте New Horizons, в которой упоминается тяга РИТЭГа.

[1]

[2]

[3]