INFO.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Интернет документы
 

«1.1.Подчеркнем, что подробные оценки необходимых параметров КА для перспективных программ, например, для пилотируемого полета на Марс и ...»

Выход из тупика с двигателями для перспективных космических программ

1.Критический анализ.

1.1.Подчеркнем, что подробные оценки необходимых параметров КА для перспективных программ, например, для пилотируемого полета на Марс и возвращения на Землю, а также для межорбитального буксира, были сделаны еще 15…30 лет назад и общедоступны.

В частности, для полета на Марс с возвращаемым аппаратом (ВА) массой 8 тонн для варианта с химическими РД стартовая масса на базовой орбите вокруг Земли должна составить порядка 330 тонн. Также и для варианта с электрическими РД (ЭРД) с ядерной электростанцией (ЯЭС) и массой ВА в 8 тонн стартовая масса на базовой орбите также составит 330 тонн. Подчеркнем, что необходимый минимальный уровень мощности ЯЭС составляет 33 МВт = 33000 кВт, при этом для совершенной конструкции ЯЭС с удельной массой 5 кг/кВт ЯЭС будет иметь массу до 165 тонн. При этом ускорение КА с ЭРД-ЯЭС составит 0,001 м/с2 и время выхода из поля земного тяготения составит около 90 суток, при этом большую часть этого времени КА будет совершать полет в радиационных поясах Земли, что потребует увеличения удельной массы защиты радиационного убежища до уровня 500 кг/м2. А общее время полета КА с ЭРД-ЯЭС к Марсу и назад к Земле составит примерно 246 суток, причем в межпланетном пространстве в условиях галактического космического излучения (ГКИ), что также требует сильнейшей радиационной защиты. При этом масса расходуемого топлива в варианте с ЭРД многократно меньше, чем для химического РД, радиационные пояса Земли и имеет меньшее время полета к Марсу, поэтому требуемая удельная масса радиационного убежища в варианте с ЭРД примерно в 2 раза больше, чем для химического РД [1]. Собственно, именно большая масса ЯЭС и радиационного убежища и приводит к примерно одинаковой стартовой массе КА в вариантах с ЭРД и химическими РД.



Для межорбитального буксира, доставляющего грузы с базовой на высокую орбиту, например, на геостационарную орбиту, имеет те же проблемы, что и для полета на Марс. Для варианта с ЭРД-ЯЭС при ускорении порядка 0,001 м/с2 = 1 мм/с2 время перехода составит примерно 134 суток. При этом также значительную часть времени КА будет проходить в радиационных поясах, что требует мощного радиационного убежища в случае доставки людей на высокую орбиту, например, на геостационарную базу. Заметим, что вариант ЭРД-ЯЭС при удельной массе 5…10 кг/кВт примерно одинаков по массе с вариантом химического РД. А для доставки экипажей на высотную базу, станцию, более целесообразно использовать именно химические РД, обеспечивающие быструю доставку при минимальной радиационной защите [1].

Известны и оценки полета к Марсу с помощью мощных ядерных РД (ЯРД), сделанные по заказу NASA. При этом предполагается использование двух мощных ЯРД с общей массой 17 тонн и массой радиационной защиты реакторов ЯРД в 21 тонну, с общей тягой более 100 тонн. При этом американцы заложили намного более высокие параметры систем КА, например, спускаемый аппарат для высадки на Марс принят массой 72,5 тонн (против 40 тонн в российском варианте), а орбитальная станция 60,5 тонн (против 30 тонн в российском варианте). Поэтому общий уровень стартовой массы КА с ЯРД на базовой орбите достиг 817 тонн, что больше массы КА для скромных параметров российских вариантов с ЭРД-ЯЭС и химическим РД [2].

Безусловно, для полета на Марс при использовании ЭРД ключевой характеристикой является ускорение, время разгона до необходимой скорости КА, и здесь минимальный уровень равен аМ = 0,001 м/с2, обеспечивающий полет примерно в полгода в одну сторону.





Слишком малое ускорение приводит к длительному полету, конечно, есть фанатики, готовые лететь и целый год и более, однако здесь главным становится медицинский фактор. Опыт международной станции показывает, что после возвращения из невесомости космонавты нуждаются в медицинской помощи (собственно, их выносят из капсулы после длительного пребывания в невесомости) в отличных больницах и отдыхе в санатории, чего вообще-то на Марсе нет. И после годичного пребывания в невесомости космонавты смогут разве что ползать по поверхности Марса. Конечно, если главная задача космонавта доползти до ближайшей скалы и нацарапать на ней «здесь был Вася из России», то можно лететь и год. Однако вообще- то они летать туда работать, поэтому даже 6...8 месяцев – это долгий и даже крайний срок полета.

Поэтому любой проект длительного полета с людьми при малом ускорении, менее аМ = 0,001 м/с2, можно просто выкидывать на свалку, даже не рассматривая, для любого типа двигателя КА (применение очень малых ускорений, это скорее показатель глупости разработчиков (независимо от занимаемых официальных должностей)).

1.2. Сейчас появился вариант ЯЭС-ЭРД на электрическую мощность 1 МВт = 1000 кВт (тепловая мощность до 3,5 МВт), массой 20290 кг, с габаритами 53,4 х 21,6 х 21,6 м. При этом возможен вариант ионного ЭРД со скоростью истечения рабочего тела 70…100 км/с, тогда сила тяги ЭРД RД не менее 18 Н (для 100 км/с). В другом варианте используют магнитоплазменные двигатели (МПД) со скоростью истечения рабочего тела 20…40 км/с, с увеличением силы тяги такого ЭРД. Причем такой ЯЭДУ должен быть готов в 2018 г., при этом утверждают о полетах на Марс [3].

Оценим реальные характеристики и возможности такого рекламируемого ЯЭДУ.

Заметим, что расчетная масса ЯЭДУ составляет 20290 кг, и при V = 100 км/с имеем силу тяги 18 Н и ускорение меньше минимума аМ = 0,001 м/с2 (попадая в зону глупости). При использовании V = 70 км/с сила тяги 27 Н, однако при длительной работе, например, за 4 месяца ускорения расход рабочего тела составит 4 тонны, и масса ЯЭДУ с запасом рабочего тела фактически на границе минимума ускорения, и на собственно полезный груз практически ничего не остается (надо иметь рабочее тело и на торможение у Марса).

Более реальные характеристики с ЭРД типа МПД. При V = 40 км/с имеем силу тяги 47 Н, а при разгоне в течении 4-х месяцев расход рабочего тела составит 12 тонн, то есть масса ЯЭДУ с запасом рабочего тела порядка 40 тонн. Тогда полезный груз составит порядка 5…7 тонн, то есть это автоматический исследовательский зонд для изучения Марса.

Безусловно, такой ЯЭДУ никак не может быть использован для доставки на Марс людей для проведения исследований. Вся рекламная шумиха – это пустая болтовня (скорее всего –гуманитариев).

Заметим, что выше, в первом пункте отмечалось, что при полете к Марсу КА стартовые массы на химическом РД и на ЭРД примерно одинаковы, так как уменьшение расхода рабочего тела в ЭРД практически компенсируется малой массой химического РД по сравнению с массой ЯЭДУ, а также уменьшением радиационной защиты при использовании хим.

РД. Более того, эти оценки ЯЭДУ сделаны для удельной массы 5 кг/кВт, и оптимальный уровень 5…7 кг/кВт, а уровень 10 кг/кВт и выше заводит в тупик проект полета на Марс [1]. Здесь же заложена удельная масса 20 кг/кВт, то есть заведомо тяжелая конструкция для полета на Марс, и более того, такая высокая удельная масса (помимо больших габаритов) делает такой ЯЭДУ неконкурентоспособным даже по сравнению с химическим РД и для варианта межорбитального буксира.

Оценивая характеристики этого ЯРДУ на 1 МВт, создается стойкое впечатление, что это старый советский проект, пролежавший десятки лет в архиве, отвергнутый когда-то из-за низких характеристик и неконкурентоспособности по сравнению с химическими РД. Однако сейчас нет системы оценки подобных проектов, и учитывая мощный слой руководящих чиновников – гуманитариев (юристы, экономисты, менеджеры и т.п.) в правительстве и администрации, имеющих смутное представление о необходимых характеристиках, стало возможным пропихнуть этот старый проект. Впрочем, возможная причина и в том, что деградация аэрокосмической отрасли привела к тому, что в России просто нет ОКБ, способного разработать проект хотя бы межорбитального буксира на основе химических РД.

1.3. Итак, подводя итоги, отметим, что реальные характеристики двигателей для осуществления полета на Марс сейчас достижимы только для химических РД и ЯРД, а для варианта с ЭРД уровень 1 МВт ничтожно мал, и необходим уровень 30 МВт. Отметим, что в рассмотренном выше проекте эффективного ЭРД на 33 МВт имеется и любопытная деталь –полет возвращаемого аппарата к Земле массой 8 тонн осуществляет ЭРД-ЯЭС массой 165 тонн. Более того, и для американского варианта с ЯРД полет возвращаемого аппарата массой до 6 тонн осуществляет ЯРД с массой систем 17 тонн и его радиационной защитой 21 тонн. Иначе, на заключительном этапе сложно говорить о высокой эффективности использования двигателей типа ЭРД и ЯРД, и основная часть энергии и рабочего тела идет на разгон самого двигателя, а ведь рабочее тело доставляется с Земли и входит в стартовую массу КА.

Безусловно, автор мог бы привести целый ряд предложений, в том числе и на основе замкнутого цикла. Однако здесь рассмотрим психологически привычный для всех вариант на основе традиционного типа двигателя с некоторыми изменениями, которые и обеспечивают выход из тупика для программ типа межорбитального буксира или полет на Марс и Луну.

2. Реальный выход.

2.1.В 70-80-е годы в СССР создавались твердофазные ядерные двигатели РД-0411 и РД-0410 тягой 40 и 3,6 тонн соответственно. Испытания проводились на Семипалатинском полигоне, и до 1988 г. было проведено около 30 горячих пусков, при этом каждый пуск был успешен. Итак, ТЯРД РД-0410 единственный работающий (до замораживания проекта в 1994 году) и надежный ЯРД в мире, имеющий силу тяги 35,3 кН (примерно 3,6 тонн), скорость истечения рабочего тела 9100 м/с при расходе водорода до 3,9 кг/с [4].

Отметим, что и в США пытались создать твердофазный ЯРД NERVA с тягой 33,6 тонн при расходе водорода до 40,7 кг/с и тепловой мощности реактора 1510 МВт и его массе 3400 кг, однако проект был заморожен.

При этом опыт ЭРД заставляет задуматься: а имеет ли смысл использование мощных ЯРД на данном этапе, нужна ли гигантомания, свойственная начальному периоду космонавтики в 60-70-е годы. Сейчас на первом месте экономичность и минимальная масса конструкций КА.

Итак, космической технике нужен твердофазный ЯРД на средний уровень силы тяги 100…500 кг (1000…5000 Н), ЯРД-СТ, способный работать длительное время, до 1…10 дней.

Для примера ЯРД-СТ имеет RД = 300 кг = 3000 Н, при этом скорость истечения рабочего тела V = 9000 м/с, тогда имеем расход водорода 0,33 кг/с, при тепловой мощности реактора 13,5 МВт. При этом более чем 10-ти кратное уменьшение расхода водорода по сравнению с РД-0410 приводит к уменьшению массы конструкций двигателя – системы подачи водорода, камеры нагрева и сопла для истечения водорода. Однако главное в том, что это уменьшает и габариты ядерного реактора, например, с диаметра около 1 м (для РД-0410) до уровня 0,5 м, что уменьшает до 4-х раз площадь торца реактора с его обязательной радиационной защитой, и соответственно, уменьшает до 4-х раз и общую массу радиационной защиты (при одинаковой толщине слоя защиты). Такой ЯРД-СТ будет иметь общую массу на уровне 4 тонн (порядка 1 тонны – реактор и камера нагрева с соплом, система подачи водорода и т.п., а 3 тонны – радиационная защита).

Для сравнения заметим, что для рассмотренного выше варианта ЭРД-ЯЭС на электрическую мощность 1 МВт с массой 20290 кг более половины массы (до 50…70%) - это масса электростанции с большим радиатором, а параметры собственно реактора (тепловой мощностью до 3,5 МВт) и радиационной защиты близки к параметрам ЯРД-СТ.

Сопоставление характеристик ЭРД-ЯЭС и ЯРД-СТ также в пользу такого ЯРД. Так, для варианта ЭРД со скоростью V = 40 км/с имеем силу тяги RД = 47 Н, а ЯРД имеет силу тяги 3000 Н, что в 64 раза больше, и соответственно, при одинаковой массе КА ускорение значительно выше, и вместо многих месяцев для ЭРД требуемая скорость КА будет достигнута в течении 1…3 дней. Это очень важно для движения межорбитального буксира в радиационных поясах Земли, а также при разгоне КА к Марсу или Луне. Заметим, что граница ускорения аМ = 0,001 м/с2 при ускорении КА с ЯРД-СТ и силой тяги 3000 Н соответствует допустимой массе КА в 3000 тонн.

Также отметим, что для варианта одинаковой массы в 20290 кг КА с ЯРД-СТ будет иметь запас водорода до 15…16 тонн, и при работе двигателя полученный КА импульс составит до 1,35. 108, что позволяет получить прирост скорости на 5 км/с, что достаточно для и вывода на окололунную орбиту КА массой до 12 т и возврата назад буксира, или межорбитального буксира.

Иначе, ЯРД-СТ проработает 12,5 часов до выработки водорода массой в 15 тонн, и лишь после этого ЭРД-ЯЭС начинает хоть как-то конкурировать с ЯРД-СТ. Собственно, это и есть граница полного преимущества ЯРД-СТ по сравнению с ЭРД-ЯЭС. Более того, за 1 год такой ползущий ЭРД-ЯЭС сможет перевести на высокую орбиту 1…2 КА, и при серьезном уровне грузооборота необходимо большое количество буксиров с ЭРД-ЯЭС, на уровне количества самих транспортируемых КА, а ЯРД-СТ сможет поднять на высокую орбиту за 1 год десятки КА, то есть производительность такого межорбитального буксира выше до двух порядков. И что дешевле – снабжать один буксир с ЯРД-СТ водородом для транспортировки многих десятков КА, или изготовить десятки дорогих и тяжелых буксиров с ЭРД-ЯЭС и вывести их на орбиту???

Для создания лунной базы буксир на основе ЯРД-СТ также имеет хорошие параметры. Так, при старте с базовой орбиты (порядка 400 км над поверхностью Земли) буксира с массой 5 т, бака с запасом водорода 24 т, выводимый на окололунную орбиту КА имеет массу до 16,5 тонн, после этого буксир возвращается на базовую орбиту. При этом время работы двигателя до 20 часов, а весь путь к Луне и назад составит до 8…10 суток. И для переброски на окололунную орбиту лунной орбитальной станции, лунного посадочного модуля (включая запас топлива для многократного спуска и подъема с поверхности Луны) и порядка 50…100 тонн материалов и оборудования для создания самой лунной базы [1], необходимо до 8 … 10 полетов буксира с ЯРЛ-СТ между базовой и окололунной орбитами. При этом такой один буксир перебросит все эти КА за 4…6 месяцев. И ограничением является лишь скорость пусков ракет типа «Протон» с Земли. Для варианта с ЭРД-ЯЭС с ускорением 0,001 м/с2 путь только до геостационарной орбиты занимает до 114 суток [1], и время полета такого буксира для вывода на окололунную орбиту составит до 5 … 6 месяцев, а затем и такой же долгий путь домой, то есть один буксир с ЯЭДУ на 1 МВт способен доставить 1 КА на окололунную орбиту за 1 год. Можно представить гомерический хохот в развитых странах, если один буксир с ЯЭДУ будет 10 лет ползать к Луне и назад, доставляя 10 КА с грузами для строительства лунной базы. Для приличного времени организации лунной базы надо использовать хотя бы 5 буксиров с ЯЭДУ, а стоимость одного ЯЭДУ больше стоимости 10 баков по 24 т жидкого водорода для ЯРД-СТ.

2.2. Принимаем параметры марсианской экспедиции аналогично [1].

Для оценки параметров полета (по формуле Циолковского) на Марс принимаем, что возвращаемый аппарат имеет массу капсулы 5…8 т для экипажа, также ЯРД-СТ с массой 4 т и запас водорода (рабочее тело) массой до 18 т, или общая масса со старта с орбиты Марса составит 27…30 тонн. Этого вполне достаточно для получения общей характеристической скорости 9000 м/с, из них 3400 м/с на уход из поля тяготения Марса, 2600 м/с на торможение для перехода с орбиты Марса на траекторию полета к Земле, и 2900 м/с на торможение при выходе на орбиту Земли, и 100 м/с на коррекции на пути к Земле (аэродинамическое торможение в атмосфере Земли). При этом общее время работы ЯРД-СТ составит 14,43 часа. Отметим, что соотношение масс капсулы для экипажа и ЯРД-СТ выглядит вполне разумно.

Уменьшение массы возвращаемого аппарата позволяет снизить массу МОК (марсианского орбитального корабля) до уровня 50…55 т, а спускаемый планетный корабль (МПК) остается одинаковым и имеет массу 40…50 т. Тогда общая масса МОК и МПК, доставляемая на орбиту Марса, составит 90…105 тонн, тогда общая стартовая масса КА с топливом составит 300 тонн. При этом имеем несколько больших этапов ускорения. На первом этапе обеспечиваем приращение скорости, необходимое для ухода с ОСЗ к Марсу, равное 3600 м/с, при работе ЯРД-СТ в течение 83,25 часа (3,47 суток), истратив 98,9 т рабочего тела. На втором этапе идет выход на орбиту Марса, надо 2600 м/с, при этом ЯРД-СТ проработает 42,5 час (1,76 суток), истратив 50,45 т рабочего тела. На третьем этапе выход на базовую орбиту вокруг Марса требует 3400 м/с, при этом ЯРД-СТ проработает 39,5 час (1,65 суток), истратив 47,4 т рабочего тела. И с учетом затрат рабочего тела на коррекции траектории полета к Марсу (100 м/с), получаем общую массу рабочего тела для полета на Марс до 200 тонн. При этом для полета к Марсу общее время работы ЯРД-СТ составит до 7 суток, а с учетом времени работы ЯРД-СТ при полете к Земле возвращаемого аппарата, имеем полное время работы ЯРД-СТ примерно 7,6 суток.

Таким образом, марсианская экспедиция с использованием ЯРД-СТ имеет разумные характеристики, лучшие по сравнению и с химическими РД и с ЭРД-ЯЭС (причем даже для малой удельной массы ЯЭС). При этом использование быстрого ускорения позволяет на месяцы сократить время полета на Марс по сравнению с вариантом с ЭРД-ЯЭС, и при незначительной разнице с вариантом химического РД.

При времени работы ЯРД-СТ в течение 7,6 суток и тепловой мощности реактора 13,5 МВт общие затраты тепловой энергии WO составят до 9. 1012 Дж.

2.3. Общее количество энергии при делении 1 кг урана-235 составляет Е = 8.1013 Дж/кг, тогда для получения тепловой энергии WO в 9 1012 Дж необходимо деление лишь 1,1 10-1 кг = 0,11 кг. С учетом потерь энергии (на гамма-лучи и т.п.) достаточно деления лишь до 0,12 кг ядерного горючего в реакторе. С учетом неполного выгорания ядерного горючего в реакторе, теоретически вполне достаточно иметь в реакторе лишь порядка 1 кг делящегося вещества. Понятно, что с учетом слоев замедлителя и т.п. систем реактора масса составит сотни килограмм.

Безусловно, здесь можно попытаться модернизировать РД-0410 на основе уранового реактора, основанного на знаниях и идеях конца 60-х годов. Однако здесь имеются большие проблемы, связанные с относительно невысокими ядерными свойствами урана. Поэтому лучшим выходом является модернизация на основе более эффективных изотопов.

Исключительно важное значение для ЯРД имеют делящиеся изотопы, причем сейчас применяют только 233U, 235U и 239Pu.

Однако нет никаких ограничений для применения значительно более эффективных делящихся изотопов, таких, как 242Amm и 245Cm. При этом сечение деления 242Amm составляет 6950 барн (против 582 барн для урана-235), а для 245Cm сечение деления составляет2145 барн. И главным ограничителем является лишь психологический барьер, что они якобы являются редкими и дорогими. Да, в земной атомной энергетике их применение не имеет смысла. Да, безусловно, количество таких изотопов намного меньше, чем 239Pu или 235U. Однако и потребности космических ЯРД намного меньше потребностей земной атомной энергетики!

Так, в реакторах типа ВВЭР-1000 с урановой загрузкой образуется на 1 тонну урана при выгорании 10% за 1 год: 0,7 кг 242Am и 2,1 кг 245Cm, а также 7,8 кг 244Cm и 26,7 кг 241Am и 243Am. А при использовании смешанного с плутонием топлива образуется на 1 тонну 3,0 кг 242Am, 5,3 кг 245Cm, а также 26,3 кг 244Cm и 93,8 кг 241,243Am или иначе — образуется 241Am — 6.4 кг/ГВт год, 243Am — 2,6 кг/ГВт год, 244Cm — 4.0 кг/ГВт год и т.д. Безусловно, 242Am и 245Cm — мало по сравнению с 239Pu, но вполне достаточно для использования в космических ЯРД. Причем это количество намного увеличивается при дополнительном облучении в реакторе изотопов 241,243Am и 244Cm.

Как известно, при облучении 244Cm в реакторе потоком 3·1018 нейтрон/м2сек в течение 0,51 года выход 245Cm составляет ~10-2 относительных единицы, а при облучении потоком 5·1019 нейтрон/м2сек выход 245Cm в 10-2 относит. единиц через 12 месяца облучения. Также и при облучении 243Am потоком нейтронов плотностью 5·1019 нейтрон/м2сек выход 245Cm составляет ~10-2 относительных единиц за время облучения 12 месяца. А для получения 242Am оптимально облучать медленными нейтронами 241Am в реакторе. Таким образом, на одном мощном реакторе вполне возможно получение 245Cm и 242Am в количестве многих килограммов в год. И этого количества вполне достаточно для космических ЯРД. Конечно, 245Cm или 242Am на два-три порядка дороже 239Pu, однако они позволяют совершить буквально революцию в характеристиках космических ЯРД.

Так, критическая масса для 235U равна 0,79 кг, 239Pu- 0,51 кг, а для 242Am — 0,017 кг, 245Cm — 0,036 кг. А это значит: для классических газофазных ЯРД — габариты — диаметр в несколько метров при давлении в тысячи атмосфер — сотни МПа при использовании 235U или 239Pu. А при использовании 242Amm или 245Cm критические параметры уменьшаются в 20… 30 раз, и это значит уменьшение газофазного реактора по диаметру до порядка 1 м, а давление — порядка 10 МПа. Таким образом, применение изотопов 242Amm или 245Cm обеспечивает вполне разумные параметры газофазного реактора ЯРД, полностью реальные сейчас! И выбор прост — или грустно вздыхать, мечтая о светлом будущем ЯРД, рассматривая требуемые параметры газофазного реактора на дешевых изотопах 235U или 239Pu, или преодолеть психологический барьер и начать создание полностью реальных газофазных ЯРД на значительно более эффективных и дорогих изотопах 242Amm или 245Cm.

Обращаясь к классическому варианту твердофазного ЯРД, c нагревом рабочего тела в реакторе, то можно и здесь отметить новые возможности при использовании изотопов 242Amm или 245Cm. Так, благодаря возможности резкого уменьшения критической массы реактора здесь реально создание компактных ЯРД малой мощности. Кроме того, уменьшение тепловой мощности резко уменьшает и массу конструкции ЯРД, например, массу сопла, а также уменьшает габариты и массу радиационной защиты, и такой ЯРД способен работать с малой силой тяги достаточно долгое время, вплоть до тысяч минут, вместо реального сейчас кратковременного режима с большой силой тяги. Таким образом, стоимость 242Amm или 245Cm не является принципиальным препятствием для их использования в космических ЯРД, так как они позволяют получить очень высокие характеристики ЯРД, просто не достижимые с помощью 235U или 239Pu. Итак, переход для космических ЯРД на высокоэффективные делящиеся изотопы 242Amm или 245Cm вполне допустим и оптимален, позволяя резко улучшить характеристики таких ЯРД и повысить их привлекательность и конкурентоспособность для космических полетов аппаратов различного назначения [5].

Заметим, что в 90-е американцы очень боялись расползания атомщиков по миру вместе с их знаниями и опытом, поэтому различные фонды широко раздавали гранты для российских ученых, вплоть до прямого финансирования некоторых программ из бюджета США. Поэтому атомная промышленность России – единственная высокотехнологическая отрасль, не деградировавшая в последние десятилетия. Отметим, что в США и России действуют программы по получению кюрия, в частности, к 2010 году на исследовательских реакторах России создана уникальная технология производства кюрия-244. Также в России действует проектное направление «Прорыв», с целью отработки новых технологий атомной энергетики с использованием реакторов на быстрых нейтронах. В рамках этого проекта первая тепловыделяющая сборка, содержащая ядерное топливо с америцием, будет направлена на реакторные испытания в 2016 году, и их результаты помогут создать новые технологии замыкания ядерного топливного цикла [6].

Понятно, что атомная промышленность привыкла к серьезным масштабам, к реакторам на 600 … 1000 МВт (и что для них ЯРД-СТ с реактором на 13,5 МВт). Однако заметим, что успех проекта «Прорыв» отметят во всем мире хорошо если сто тысяч человек (в основном специалисты), а вот успех создания ЯРД-СТ будет отмечен миллиардами людей. И создание ЯРД-СТ принесет России намного больший авторитет и уважение во всем мире. Безусловно, заинтересовать атомщиков таким реактором - это проблема, которую, собственно, и должны решать в руководстве России.

2.4. Коснемся некоторых аспектов безопасности.

Заметим, что горячие испытания РД-0410 проводились около 30 раз, причем без аварий, то есть опыт позволяет рассчитывать и на успешное создание ЯРД-СТ. Более того, мощность 13,5 МВт даже в случае аварии и взрыва соответствует взрыву обычной бомбы (или один снаряд от «Града») с разлетом осколков тепловыделяющих элементов, без малейшей даже теоретической возможности ядерного взрыва (а 3-х тонная радиационная защита нагреется лишь на несколько градусов).

При этом в космос будет выброшено порядка 1 кг ядерного горючего, и все. Для сравнения заметим, что в проекте рекламируемого ЯЭДУ на 1 МВт предусматривается традиционный реактор на основе урана, с его массой на уровне 50 кг (плюс-минус по массе), и в случае аварии в космос будет выброшено порядка 50 кг урана, ядерного горючего.

Подчеркнем, что и в проекте ЯЭДУ на 1МВт обязательна радиационная защита экипажа, поэтому для экипажа абсолютно все равно, на каком типе ядерного устройства лететь – на ЯЭДУ или ЯРД-СТ. При этом мощная защита от излучений маломощного реактора ЯРД-СТ вполне обеспечит комфортные условия для людей, и единственное условие их безопасности – истекающий поток газа из двигателя должен быть направлен в противоположную сторону от помещений с людьми.

Отметим, что вне магнитосферы Земли не имеет никакого значения радиационное загрязнение от реактора, так как космическое пространство пронизано самыми разнообразными излучениями и частицами. И например, при обычной мощной солнечной вспышке поток испускаемых космических лучей имеет полную энергию порядка 1024 Дж, а энергия гамма-излучения порядка 1018 Дж (заставляя экипаж прятаться в убежище), что на 10 … 18 порядков больше энергии от истекшего потока из ЯРД-СТ. А для космического пространства пока даже нет смысла говорить об экологическом загрязнении.

Касаясь радиационного следа за соплом ЯРД, заметим, что прямых измерений не было, а речь идет о математическом моделировании процессов, при котором за счет подбора коэффициентов можно получить и мощный радиационный след, а можно и ничтожно малый след. Здесь речь идет именно о грамотной конструкции твердофазного тепловыделяющего элемента, имеющей лучшие характеристики, и это именно потенциальная опасность, и не более того. Заметим, что у каждого типа двигателей есть достоинства и недостатки, и это реальность, не более того.

Касаясь безопасности Земли, отметим, что атмосфера Земли имеет радиационный фон, создаваемый высокоэнергетическими лучами из космоса и радиоактивными элементами на самой Земле. Общая мощность космических лучей, достигающих поверхности Земли, составляет 400 МВт, при этом периодически увеличиваясь во время солнечных вспышек с их потоками солнечных космических лучей. Однако главным является масса радиоактивных элементов, достигающая только в верхних слоях океанов (до 100 м глубины) массы свыше 180,109 кг, в том числе 21, 109 кг или 21 миллион тонн урана-235 [7], и это не считая их массы на суше. И если представить себе, что из сопла ЯРД-СТ вместе с водородом истекает и ядерное топливо (вымываемое из твердофазного тепловыделяющего элемента), то из массы в 1 кг в реакторе в худшем случае истечет 100 г = 0,1 кг, и при попадании в атмосферу и затем в океан, эта масса просто несопоставима с массой даже урана-235. Можно вспомнить про дискуссию о безопасности атомных электростанций, в результате которой выяснилось, что при сжигании каменного угля на тепловых электростанциях в атмосферу уходит большое количество радиоактивных изотопов, содержащихся в этом угле, которые создают больший уровень радиации, чем атомные станции. Поэтому обычная тепловая электростанция на каменном угле создает на порядки большую радиоактивность, чем следы радиации в потоке водорода из сопла ЯРД-СТ.

Иначе, высокая радиационная опасность от ЯРД-СТ – это лишь миф, создаваемый противниками развития ЯРД, которые при этом одновременно – сторонники ЯЭДУ. Именно они прекрасно использовали известный принцип демагогии и «из мухи сделали слона» в буквальном смысле, превратив потенциальную незначительную опасность в угрозу мирового уровня, угрожающей жизни на Земле.

«Российская космонавтика – это история личных амбиций Генеральных конструкторов. За 45 лет искусство лоббирования было доведено до совершенства, и сейчас оно может повлиять на принятие решений о будущем российского космоса» (Вадим Лукашевич, статья в ПМ № 06 за 2006 г.). Автор полностью согласен с этим тезисом.

Да, автор признает необходимость создания ядерной электростанции на 1 МВт, которая найдет применение на лунной базе, на базе на геостационарной орбите и даже на Марсе, но именно и только электростанция, а не двигатель.

Понятно, что ЯЭДУ на 1 МВт – это большая красивая игрушка, возле которой будут с удовольствием фотографироваться политики, млеть от восхищения гуманитарии и т.п. Проблема лишь в том, что этот ЯЭДУ ничего не дает, это лишь «понты», это неэффективный двигатель для межорбитальных буксиров, неконкурентоспособный по своим характеристикам ни с какими другими типами двигателей (химическими, ЯРД-СТ), которых лоббисты ЯЭДУ просто не дают создать. Этот ЯЭДУ малоэффективен и для полетов к Марсу. Это понятно автору уже сейчас, просто зная необходимые технические параметры и закладываемые в ЯЭДУ, и очень жаль, что на эту игрушку будут потрачены годы усилий множества людей, а руководство России поймет, что это пустышка, а не ключ к космосу, лишь спустя много лет. Последние 25 лет ракетное двигателестроение топталось на месте, а сейчас снова будут потеряны еще 20…25 лет.

Что ж, такова реальность, очень жаль.

Литература.

1.К.П.Феоктистов. Космическая техника. Перспективы развития. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1997, - 172 с.

2.Астронавтика и ракетодинамика. Экспресс-информация. ВИНИТИ, № 14, 1998. С. 2-23.

3. сайт rusila.ru4. сайт traditio.wiki

5. Б.М. Солодов Нетрадиционные схемы ядерных ракетных двигателей для космических полетов. Самара, 2004. – 154 с.

6. сайт atomic-energy.ru

7. Физические величины. Справочник. М.; Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.

Похожие работы:

«Рабочая программа Химия 10 классПояснительная записка Рабочая программа курса химии для 10-11 классов разработана на основе Примерной программы среднего общего образования по химии(базовый уровень), программы курса химии для 10-11 классов общеобразовательных учреждений (автор О.С. Габриэлян, 2006) и государственного образовательного...»

«Тема: Многоатомные спирты – знакомые незнакомцы (10 класс)Цели:Образовательная: формирование у учащихся представления о многоатомных спиртах (отличие их от одноатомных) ознакомление учащихся с физическими и химическими свойствами многоатомных спиртов, их распознаванием и применением.Воспитат...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина" (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина) Кафедра ГазохимииЛабораторная работаПОЛУЧЕНИЕ САЖИ ТЕРМИЧЕСКИМ...»

«1531172-555700 Пояснительная записка Рабочая программа по химии для 11 класса МОУ Староалгашинской средней общеобразовательной школы составлена на основе следующих документов:Федеральный закон от 29.12.2012 N 273-ФЗ Об образовании в Российской Федер...»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа разработана на основе авторской программы О.С.Габриеляна, соответствующей Федеральному компоненту Государственного стандарта общего образования и допущенной Министерством образования и науки Российской Федерации (О.С.Габриелян Программа курса химии для 8-11...»

«Урок по теме: "Валентность химических элементов". Тип урока: комбинированный, изучение нового материала Цель урока: сформировать понятие валентность и умение определять валентность по химическим формулам и составлять химические формулы по валентности. Задачи урока I. Образовательные.1. Познакомить учащихся с понятием в...»

«ОГБОУ СПО "Агротехнологический техникум г. Кораблино" Контрольные работы по учебной дисциплине ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (раздел ФИЗИКА)ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 100116.01 парикмахер г. Кораблино 2014г. ОДОБРЕНО Составлена в соответствии с метод. комиссией требованиями Федерального протокол № от государственного председатель_ образовательного стандарта СПО Заместитель д...»

«Администрация муниципального образования муниципального района "Сыктывдинский" Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Шошкинская средняя общеобразовательная школа" "Сёськаса шр школа" муниципальнй велдан сьмкуд учреждениеСогласовано Утверждаю: Зам. директора по УВР – Директор школы – / Н.Н.Ш...»

«Муниципальное общеобразовательное учреждение Вахромеевская средняя общеобразовательная школа Рассмотрено Утверждаю_ на методсовете Директор В.Н.Бабуровапротокол №1 приказ №75 от 26.08.2013 от 30.08.2013...»

«2124075-300990 Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Факультет фундаментальной физико-химической инженерии Курсовая работа Применение нанопаутин переходных металлов в качестве нанокатализаторов химических реакций. Выполнил...»








 
2018-2023 info.z-pdf.ru - Библиотека бесплатных материалов
Поддержка General Software

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.