Taringa! Nukleáris rakéták a Naprendszer meghódítására
Nukleáris rakéták: a Naprendszer meghódítása
** Kiwi reaktor (Kiwi A ') **
A teszt a tervek szerint kezdődött. A reaktort aktiválták, és a folyékony hidrogén - amely egyidejűleg hajtóanyagként és hűtőközegként szolgált - áramolni kezdett a magon. A tüzelőanyag-rudak 2000 ° C-on történő érintkezésével a hidrogén hirtelen felmelegedett. A keletkező gázt a készülék tetején elhelyezett fúvókán keresztül vezetik ki.
Egy nukleáris hőmotor tesztelése a NERVA program során
Azonban alig egy perccel a teljes teljesítmény elérése után a reaktor üzemanyag-rudai törni kezdtek. A hasadási anyag - urán-dioxid - és a hasadás során keletkező radioaktív izotópok darabjait a fúvókán keresztül juttatták ki a légkörbe. A tesztet azonnal törölték.
Szovjet nukleáris hajtású hajóterv egy Mars-utazáshoz
Ekkor a jelenlévők egyike sem sejthette, hogy a Kiwi B1B reaktor eseménye fordulópontot jelent e meghajtórendszer népszerűségében. Abban az időben a termikus nukleáris motorok azt ígérték, hogy az 1980-as évek elején valósággá válnak az emberes Mars-utazások. Fél évszázaddal később még mindig alacsony pályán vagyunk. A nukleáris motor története az űrkutatás csalódott álmainak története.
Nukleáris meghajtás az űrben
Egy tárgy pályára állítása sok energiát igényel. Bolygónk gravitációs kútja nagyon mély, és nehéz elérni a 8 km/s orbitális sebességet. Az űrkorszak kezdete óta a kémiai meghajtást minden hordozórakétában és az ember által készített űrhajók döntő többségében használják. Nem rossz lehetőség eljutni a Föld pályájára, de ha túl akarunk utazni a Holdon, akkor egyértelmű, hogy valami jobbra van szükségünk. Más alternatívák mellett az atomhajtás a Naprendszer emberes feltárásának egyik reménye. A hagyományos vegyi motorok korlátaival szemben az atomenergia nagy tolóerő és specifikus impulzusok elérését ígéri, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a Mars-utazás valósággá váljon.
** A pilóta által kezelt marsi űrhajó változata az RKK Energía elektromos nukleáris meghajtásával. Láthatja a marsi leszálló készülék hővédő pajzsát és egy Klíper hajót is a Földre való visszatéréshez **
Az atomenergia kiaknázásának két fő módja van az űrmissziókban. Az első, mint fogalom egyszerűbb, a termikus nukleáris meghajtás. E rendszer szerint a hasadási reaktor által termelt hőt egy reakciófolyadékként működő hajtóanyag melegítésére használják fel. A másik a nukleáris elektromos meghajtás, amely abból áll, hogy egy atomreaktort használ egy sor elektromos motor (ionos vagy plazma) meghajtására. Ebben a bejegyzésben a termikus nukleáris meghajtást fogjuk tanulmányozni.
Termikus nukleáris motorok
Az űrsikló fő motorjának (SSME), egy kriogén kémiai motor tesztelése
Az Isp-t befolyásoló második paraméter szintén könnyen asszimilálható. Minél kisebb a fúvókán keresztül távozó molekulák tömege, annál nagyobb a sebességük, mivel ha két különböző tömegű, azonos kinetikus energiájú tárgyunk van, akkor a könnyebbnek nagyobb lesz a sebessége. A vegyi motorokban ezt a tömeget a választott reakció típusa szabja meg. Például egy kriogén motorban a kipufogógáz vízmolekulákból áll (egyenként 18 amu egységnyi atomtömeg tömeggel). Ezért kaphatunk ennél a motornál magasabb Isp-értéket, ha a szükségesnél több hidrogént vezetünk be az égéstérbe. Bár a kamra hőmérséklete csökken, ezt kompenzálja a hidrogénmolekulák által megszerzett nagyobb sebesség (csak 2 amó molekulatömeggel).
Oké, akkor mi lesz a nukleáris hőmotorral? Ebben az esetben nem korlátoz minket a hőmérséklet, mivel elméletileg több millió Celsius-fokot is elérhetünk egy hasadási reaktor belsejében. A valóságban a probléma épp az ellenkezője: meg kell tanulnunk szabályozni ezeket a magas hőmérsékleteket anélkül, hogy megolvasztanánk a motor szerkezetét alkotó anyagokat.
Ami a kipufogógáz molekulatömegét illeti, szinte bármilyen anyagot használhatunk hajtóanyagként. Egyszerűen szükségünk van arra, hogy közvetlenül érintkezzen a reaktorral, hogy az felmelegedjen és kidobódjon a fúvókából. Elméletileg használhatnánk vizet, ammóniát, fehérítőt vagy akár szénsavas szódát a szupermarketből, nem számít. De amint láttuk, az ideális az, ha a lehető legkisebb molekulatömegű anyagot használjuk, így a hidrogén néha a legjobb jelölt, hogy hajtóanyagként szolgáljon egy atommotorban. És néha azért mondjuk, mert az igazság pillanatában ez nem olyan egyszerű. A hidrogén folyékony állapotban tartása érdekében -250ºC-ra kell hűteni, ami nehéz, különösen, ha a mélyűrben akarjuk használni. Ezenkívül 2500 K-tól a molekuláris hidrogén elkezdi disszociálni atomi hidrogénné a kamrában, csökkentve a végső Isp-t. Ezen okok miatt vannak olyan tervek, amelyek más anyagokat, például metánt vagy ammóniát használnak.