Ядерная ракета с морской водой
Ядерная ракета на морской воде ( NSWR ) — теоретический тип ядерной тепловой ракеты, разработанный Робертом Зубриным . [1] Вместо традиционного химического топлива , такого как в химической ракете , ракета будет питаться солями плутония процентного или 20- 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 до тех пор, пока раствор не будет закачен в реакционную камеру , достигая, таким образом, критической массы и не выбрасывается через сопло для создания тяги. [1]
Предлагаемый дизайн
[ редактировать ]Химические ракеты используют тепловую энергию, образующуюся в результате химической реакции, для нагрева газовых продуктов. Горячие продукты выходят через сопло с очень высокой скоростью, создавая тягу. [2] В ядерно-тепловой ракете (НТР) тяга создается за счет нагрева жидкости с помощью ядерного реактора деления. Чем ниже молекулярная масса выхлопных газов (водород имеет наименьшее возможное значение), тем более эффективным может быть двигатель. Однако в этом двигателе топливом может быть любая из многих жидкостей, обладающих подходящими свойствами, поскольку она не участвует в выработке тепла. [3] В NSWR ядерная соленая вода будет течь через реакционную камеру и выходить из выпускного сопла таким образом и с такими скоростями, что критическая масса начнется, как только камера заполнится до определенной точки; однако пиковый поток нейтронов реакции деления будет происходить за пределами транспортного средства. [1]
Преимущества дизайна
[ редактировать ]Есть несколько преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями NTR. Поскольку пиковый поток нейтронов и скорость реакций деления будут происходить вне транспортного средства, эта деятельность может быть гораздо более энергичной, чем если бы их было необходимо разместить в сосуде (который имел бы температурные ограничения из-за ограничений по материалам). [1] Кроме того, замкнутый реактор может позволить лишь небольшому проценту своего топлива подвергнуться делению в любой момент времени; в противном случае он перегрелся бы и расплавился (или взорвался бы в результате неконтролируемой цепной реакции деления ). [4] Реакция деления в NSWR является динамической, и поскольку продукты реакции выбрасываются в космос, она не имеет ограничения на долю вступающего в реакцию топлива ядерного деления. Во многих отношениях NSWR сочетают в себе преимущества реакторов деления и бомб деления. [1]
Поскольку они могут использовать мощность того, что по сути является непрерывным ядерным взрывом, NSWR будут иметь как очень высокую тягу , так и очень высокую скорость истечения , а это означает, что ракета сможет быстро ускоряться, а также будет чрезвычайно эффективна с точки зрения использования топлива. . Сочетание высокой тяги и высокого удельного импульса — очень редкая черта в ракетном мире. [5] Одна конструкция будет генерировать тягу в 13 меганьютонов при скорости истечения 66 км/с (или 6730 секунд ISP по сравнению со скоростью истечения ~ 4,5 км/с (450 с ISP) для лучших химических ракет по состоянию на февраль 2023 года). [6]
В конструкции и расчетах, обсуждавшихся выше, используются урана соли , обогащенные на 20 процентов. Однако было бы правдоподобно использовать другую конструкцию, которая была бы способна достичь гораздо более высоких скоростей выхлопа (4725 км/с), и использовать ледяную комету массой 30 000 тонн вместе с 7500 тоннами высокообогащенных солей урана для приведения в движение 300-тонного космического корабля. до 7,62% скорости света и потенциально достигнет Альфа Центавра после 60-летнего путешествия. [1]
«NSWR разделяют многие особенности двигательных систем 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, велики из-за требований ударной техники). система поглотителя и минимальный размер эффективной ядерной взрывчатки ).» [7]
Ограничения
[ редактировать ]Топливо, использованное в первоначальной конструкции, должно было содержать довольно большое количество относительно дорогого изотопа. 235 U , что было бы не очень рентабельно. Однако если использование NSWR начнет расти, его можно будет заменить более дешевыми изотопами. 233 У или 239 Pu либо в реакторах-размножителях деления, либо (намного лучше) в гибридных реакторах ядерного синтеза-деления . Эти другие делящиеся ядра будут иметь подходящие характеристики, чтобы служить почти так же хорошо, при относительно низкой цене. [1] [8]
Еще одним серьезным ограничением конструкции ядерной ракеты на соленой воде Роберта Зубрина было отсутствие материала, который можно было бы использовать в реакционной камере, который мог бы фактически поддерживать такую реакцию внутри космического корабля. Зубрин в своей конструкции утверждал, что аппарат был создан таким образом, чтобы в процессе наибольшее значение имел расход или скорость жидкости, а не материал. Поэтому он утверждал, что если бы была выбрана правильная скорость для жидкости, проходящей через реакционную камеру, место максимального выброса деления могло бы быть расположено в конце камеры, что позволило бы системе оставаться неповрежденной и безопасной в работе. Эти претензии до сих пор [ на момент? ] не было доказано, поскольку испытания такого устройства никогда не проводились. [9]
Например, Зубрин утверждает, что если разбавленное ядерное топливо течет в камеру со скоростью, аналогичной скорости диффузии тепловых нейтронов , то ядерная реакция удерживается в камере и не повреждает остальную систему (ядерный аналог газовой горелки ). Возможная проблема в этом подходе заключается в том, что не все нейтроны диффундируют с одинаковой скоростью, а имеют широкое распределение на несколько порядков величины. Вполне возможно, что хвостов такого распределения скоростей будет достаточно для выработки достаточного количества тепла в системе подачи топлива (путем рассеяния и деления) для разрушения системы. [ нужна ссылка ] На этот вопрос, возможно, можно ответить с помощью детального моделирования транспорта нейтронов методом Монте-Карло.
Выхлопы корабля будут содержать радиоактивные изотопы , но в космосе они быстро рассеются, пройдя лишь небольшое расстояние; выхлоп также будет двигаться с высокой скоростью (в сценарии Зубрина, быстрее, чем скорость убегания Солнца , что позволит ему в конечном итоге покинуть Солнечную систему). Однако от этого мало пользы на поверхности планеты, где NSWR будет выбрасывать огромное количество перегретого пара, все еще содержащего расщепляющиеся ядерные соли. Наземные испытания могут вызвать разумные возражения; как писал один физик:
- «Написание заявления о воздействии таких испытаний на окружающую среду [...] может представлять собой интересную проблему…». [9]
Также нет уверенности в том, что деление в NSWR можно контролировать:
- «Можно ли контролировать быструю критичность ракетного двигателя, остается открытым вопросом». [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Р. Зубрин (1991). «Ядерные ракеты с соленой водой: высокая тяга при 10 000 секунд I SP » (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . 44 : 371–376.
- ^ Анджелин, Маркус; Рам, Мартин; Габриэльсон, Эрик; Гумаэлиус, Лена (17 августа 2012 г.). «Ученый-ракетостроитель на день: исследование альтернатив химическому двигателю». Журнал химического образования . 89 (10): 1301–1304. Бибкод : 2012JChEd..89.1301A . дои : 10.1021/ed200848r .
- ^ Бабула, Мэрайя. «Ядерный тепловой ракетный двигатель» . НАСА.gov . Бюро космического движения и анализа полетов НАСА. Архивировано из оригинала 11 июня 2013 года . Проверено 1 мая 2016 г.
- ^ Хасэгава, Коичи (март 2012 г.). «Перед лицом ядерных рисков: уроки ядерной катастрофы на Фукусиме». Международный журнал японской социологии . 21 (1): 84–91. дои : 10.1111/j.1475-6781.2012.01164.x .
- ^ Бреуниг, Роберт (2005) [1997]. «Ракетное движение» . Ракетно-космическая техника. braeunig.us . Архивировано из оригинала 12 июня 2006 года . Проверено 1 мая 2016 г.
- ^ Зубрин Р. (1991). «Ядерные ракеты с морской водой: высокая тяга при ISP 10 000 с» (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . 44 : 371–376 – через narod.ru.
- ^ Стерн, Дэвид П., доктор (19 ноября 2003 г.). «Далекие пути в космос: ядерная энергетика» . От звездочетов к звездолетам (Отчет) . Проверено 14 ноября 2012 г.
{{cite report}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Кан, Чонмин; фон Хиппель, Франк Н. (2001). «U-232 и устойчивость U-233 к распространению в отработавшем топливе». Наука и глобальная безопасность . 9 (1): 1–32. Бибкод : 2001S&GS....9....1K . дои : 10.1080/08929880108426485 . S2CID 8033110 .
- ^ Перейти обратно: а б Крамер, Дж. Г. (декабрь 1992 г.). «Ядерная бомба проложит путь к звездам» . Столбец альтернативного просмотра. Аналоговая научная фантастика и факты . АВ-56 . Проверено 7 марта 2012 г.
текст также доступен на
«Альтернативный вид на колонку АВ-56» . npl.washington.edu . Проверено 18 апреля 2017 г. - ^ МакНатт, Ральф Л. младший (31 мая 1999 г.). Реалистичный межзвездный исследователь (PDF) (Отчет). Итоговый отчет этапа I. Институт перспективных концепций НАСА . Проверено 14 ноября 2012 г.
