Racheta termică nucleară

Diagrama de funcționare

Într-o rachetă termică nucleară, un fluid de lucru, de obicei hidrogen lichid, este încălzit la o temperatură ridicată într-un reactor nuclear și extins printr-o duză pentru a genera împingere . Energia reactorului produsă de fisiunea nucleară o înlocuiește pe cea generată de reacțiile chimice ale unei rachete cu propulsie chimică.

Densitatea energetică ridicată a combustibilului nuclear în comparație cu cele chimice permite o eficiență a propulsorului (măsurată prin viteza echivalentă de eflux ) cel puțin dublă față de propulsorii chimici.

Cu aceeași forță, masa unei rachete nucleare este de aproximativ jumătate din cea a unei rachete convenționale. Dacă ar fi folosit ca etapă după prima, ar permite trimiterea unei sarcini duble sau triple pe orbită în comparație cu etapele care utilizează propulsori chimici.

Generalitate

De ceva vreme s-a crezut că va folosi o rachetă alimentată cu energie nucleară ca înlocuitor al motorului J-2 , utilizat în a doua etapă a lui Saturn V , pentru misiuni în care erau necesare performanțe ridicate, de obicei misiuni pe Marte sau cu sarcini utile mari. „Remorcherele” nucleare au fost proiectate ca parte a programului Navetei Spațiale , capabile să transfere sarcini dintr-un depozit de combustibil pe orbită mică pe orbite înalte, pe Lună și alte planete. Robert W. Bussard a propus purtătorul „Aspen” cu o singură etapă, care a folosit o rachetă nucleară pentru propulsie și hidrogen lichid ca scut parțial pentru a difuza radiația neutronică în atmosfera inferioară ^[1] . Uniunea Sovietică a studiat, de asemenea, motoarele nucleare pentru misiunile sale pe Lună, în special etapele ulterioare ale N1 , deși programul nu a început niciodată o fază de testare avansată, precum cele desfășurate de Statele Unite în anii 1960 în Nevada . În ciuda mai multor teste cu succes la sol, nicio rachetă nucleară nu a fost lansată vreodată din Statele Unite înainte de încheierea cursei spațiale .

Până în prezent, nu au zburat niciodată rachete cu energie nucleară, deși NERVA NRX / EST și NRX / XE au fost construite și testate la sol în configurația de zbor. Proiectul Rover a fost realizat de SUA între 1955 și 1972 și a acumulat cu succes peste șaptesprezece ore de funcționare. NERVA NRX / XE, considerat de Spațiul de Propulsie Nucleară Spațială (SNPO), cea mai recentă dezvoltare tehnologică necesară înainte de a trece la următoarea fază de testare a zborului, a acumulat două ore de funcționare, inclusiv douăzeci și opt de minute la putere maximă ^[2] .

Racheta nucleară termică rusească RD-0410 ^[3] ^{[4] a} fost testată în zona nucleară Semipalatinsk și utilizarea sa a fost planificată pentru misiunea pilotată propusă de Kurchatov Mars 1994 . ^[3]

Modele de rachete termice nucleare

O rachetă termică nucleară poate fi clasificată în conformitate cu principiul de construcție al reactorului său, care poate varia de la o structură solidă simplă până la un reactor cu gaz mai complex (și mai eficient).

Miez solid

Cel mai simplu model se bazează pe un reactor nuclear convențional care, lucrând la temperaturi ridicate, încălzește fluidul de lucru care curge în miez.

Un motor NERVA cu miez solid

Acest tip de reactor este limitat de punctul de topire a materialelor care alcătuiesc structura internă. Deoarece eficiența unui endoreactor este proporțională cu rădăcina pătrată a temperaturii fluidului de lucru, miezul trebuie proiectat pentru a rezista la cea mai înaltă temperatură posibilă. Cu toate acestea, reacțiile nucleare sunt capabile să genereze temperaturi mult mai mari decât temperaturile de topire ale materialelor care alcătuiesc reactorul și, prin urmare, este clar că eficiența termică trebuie sacrificată pentru a nu distruge reactorul.

O altă limită și mai strictă este fractura combustibilului nuclear datorită excursiei termice ridicate (de la 22 K la 3000 K pe o tijă de combustibil 1,3) și necesității de a combina diferiții coeficienți de expansiune termică ai diferitelor componente.

Folosind hidrogenul ca propulsor, un reactor cu miez solid este capabil să genereze un impuls specific ( I _sp ) între 850 și 1 000 de secunde, aproximativ de două ori mai mult decât un endoreactor chimic cu propulsor lichid ca cel instalat pe naveta spațială .

Au fost propuse și alte tipuri de propulsori: amoniac , apă sau oxigen lichid . În timp ce furnizează o rată de scurgere mai mică a hidrogenului, disponibilitatea și costul lor mai redus reduc mult costul misiunilor în care nu sunt necesare viteze prea mari, de obicei zborurile către Lună sau între Pământ și orbita marțiană.

Imediat după cel de-al doilea război mondial, greutatea unui reactor nuclear complet a fost atât de mare încât s-a pus la îndoială dacă ar putea atinge raportul 1: 1 forță / greutate ^[5] necesar pentru a depăși gravitația Pământului pentru lansare. În următorii 25 de ani, grație evoluției tehnologice din câmpul nuclear, raportul împingere-greutate a crescut la aproximativ 7: 1, în orice caz întotdeauna mai mic decât 70: 1 al rachetelor chimice. Raportul scăzut forță-greutate combinat cu necesitatea rezervoarelor mari de hidrogen fac ca aceste motoare să fie utile pentru etapele superioare ale unui lansator, atunci când viteza de zbor este deja aproape de orbital, ca „remorcher” spațial interplanetar sau ca lansator de la planete (sau luni) cu greutate redusă, unde forța necesară pentru decolare este mai mică. De fapt, pentru a fi utilizabil ca lansator de pe Pământ, o rachetă termică nucleară ar trebui să fie mai ușoară sau să ofere un impuls specific mai mare. Prin urmare, utilizarea acestuia rămâne vizată explorării spațiului, în afara atmosferei terestre.

Reactor cu pat de particule

O modalitate de creștere a temperaturii și, în consecință, a impulsului specific, este izolarea elementelor de combustibil, astfel încât acestea să nu mai poată garanta rigiditatea. Într-un reactor „pat de particule”, combustibilul (UC-ZrC), sub formă de particule mici (cu diametre de la 100 la 500 µm), este ținut de forța centrifugă într-o structură rotativă cilindrică dintr-un material poros. Hidrogenul, după ce a răcit duza și reflectorul, trece radial prin cilindru spre interior. Prin rotirea reactorului, combustibilul nuclear se aranjează de-a lungul pereților răciți cu hidrogen. Acest design permite, cu prețul unei complexități mai mari, să obțină impulsuri specifice de peste 1 000 de secunde cu rapoarte de împingere-greutate 1: 1 ^[6] . Reactorul nuclear modular cu pat de pietriș (utilizat astăzi ca generator electric) împărtășește, de asemenea, câteva soluții tehnologice cu acest proiect.

Mie lichid

O creștere notabilă a performanței este teoretic posibilă prin amestecarea combustibilului nuclear cu fluidul de lucru și permiterea reacțiilor în amestecul lichid în sine. Acesta este conceptul de bază al motoarelor cu miez lichid, care pot funcționa la temperaturi mai ridicate, dincolo de punctul de topire al combustibilului nuclear.

În acest fel, temperatura maximă este dată de maximul tolerabil de recipient (în general un material care reflectă neutroni) răcit activ de hidrogen. Se estimează că impulsurile specifice variind de la 1 300 la 1 500 de secunde pot fi realizate cu acest tip de reactor.

Aceste motoare sunt considerate în prezent extrem de dificil de construit. Timpul de reacție al combustibilului nuclear este mult mai mare decât timpul de încălzire al fluidului de lucru și este necesară o metodă pentru a ține combustibilul în motor pe măsură ce fluidul de lucru iese din duză. Mai multe motoare în fază lichidă se bazează pe rotația de mare viteză a amestecului combustibil / fluid, rotind combustibilul spre exterior (uraniul este mai greu decât hidrogenul). În multe privințe, este similar cu proiectarea unui motor cu pat de particule, dar funcționează la temperaturi mai ridicate.

Un alt model de miez lichid, reactorul nuclear cu apă sărată, a fost studiat de Robert Zubrin. În acest caz, fluidul de lucru este apa care, printre altele, funcționează și ca moderator de neutroni. Combustibilul nuclear nu este reținut în interiorul motorului și dacă, pe de o parte, simplifică construcția, pe de altă parte, eliberează o cantitate mare de reziduuri radioactive și, prin urmare, poate fi utilizat numai în afara atmosferei sau, mai bine, în afara magnetosferei terestre.

Miezul gazos

Acest reactor poate fi văzut ca un reactor cu miez lichid în care o circulație rapidă a fluidului creează, în centrul reactorului, un buzunar toroidal de uraniu în stare plasmatică înconjurat de hidrogen ^[7] . În acest fel, combustibilul nu atinge pereții reactorului și temperaturile pot crește chiar și până la câteva zeci de mii de grade, cu impulsuri specifice între 3.000 și 5.000 de secunde. În această schemă de bază („ciclu deschis”), pierderea combustibilului nuclear ar fi dificil de controlat. O posibilă variantă de „ciclu închis” prevede izolarea combustibilului nuclear gazos la temperaturi foarte ridicate într-un recipient de cuarț în jurul căruia curge hidrogen. Bucla închisă ar fi mai mult ca un reactor cu miez solid, dar de data aceasta temperatura limitativă este dată de temperatura critică a cuarțului în loc de cea a tijelor de combustibil. Deși mai puțin eficientă decât bucla deschisă, bucla închisă poate fi în continuare capabilă să genereze impulsuri specifice între 1 500 și 2 000 de secunde.

Programe de dezvoltare

KIWI A, primul motor rachetă nucleară

Deși toate aceste proiecte de reactoare au fost studiate, în realitate au fost construite doar motoare cu miez solid. Dezvoltarea lor a început în 1955 sub auspiciile Comisiei pentru Energie Atomică a Statelor Unite, împreună cu Project Rover la laboratoarele de cercetare din Los Alamos și în Zona 25 de la Locul de testare din Nevada . Cele patru proiecte principale au fost: KIWI , Phoebus , Pewee și Cuptorul nuclear . În total, au fost testate douăzeci de rachete.

Când a fost fondată NASA în 1958, i s-a acordat controlul asupra tuturor aspectelor non-nucleare ale programului Rover. Pentru ca NASA să coopereze cu AEC, a fost creat Biroul de Propulsie Nucleară Spațială .

În 1961, a fost lansat programul NERVA ( Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications ). În Centrul de zbor spațial Marshall , KIWI a fost dezvoltat ca un studiu de misiune, în timp ce NERVA a fost folosit pentru a oficializa intrarea tehnologiei nucleare în explorarea spațială. Spre deosebire de activitatea AEC (care avea ca scop studierea reactorului în sine), scopul NERVA a fost de a construi un motor real care să poată fi folosit în explorarea spațiului. Cu o tracțiune de 75.000 lbf (334 kN) ^[8] , NERVA (bazat pe KIWI B4) fusese considerată de ceva timp ca etapa superioară a lui Saturn V în loc de J-2 care a zburat de fapt.

Deși diferitele KIWI / Phebus / NERVA au fost singurele rachete studiate și construite în cadrul unui program general, alte motoare cu nucleu solid au fost studiate într-o oarecare măsură. Micul motor de rachete nucleare (SNRE) a fost studiat la laboratoarele din Los Alamos ca etapă superioară pentru lansatoare fără pilot sau naveta spațială . Avea o duză care putea fi întoarsă într-o parte pentru a putea fi încărcată în compartimentul de încărcare al Shuttle-ului. Specificațiile de proiectare includeau 73 kN de forță pentru un impuls specific de 875 secunde, cu posibilitatea de a ajunge la 975 cu mici modificări.

Un alt proiect care a înregistrat unele rezultate, dar nu a ajuns niciodată la stadiul prototipului, a fost Dumbo ^[9] . Similar cu designul KIWI / NERVA, a folosit tehnologii de construcție avansate pentru a-și reduce greutatea. Reactorul a fost format din mai multe tuburi mari (mai mult ca un butoi) care au fost construite prin stivuirea discurilor de material ondulat. Pliurile au fost aliniate astfel încât s-au format canale transversale în grămada rezultată care a mers din interiorul tubului în exterior. Unele dintre aceste canale au fost umplute cu uraniu, altele cu un moderator, iar altele au rămas deschise ca canale pentru gaz. Hidrogenul a fost pompat în centrul tubului și a fost încălzit de combustibil când trecea prin canalele goale pentru a ajunge în exterior. Cu același combustibil nuclear utilizat, acest sistem era mai ușor, iar studiile inițiale efectuate pe unele modele de reactoare păreau să confirme fezabilitatea proiectului.

Ca parte a proiectului Timberwind sub auspiciile Inițiativei de Apărare Strategică („Războiul Stelelor”), studii mai recente și proiecte de motoare mai avansate au avut ca rezultat programul de propulsie nucleară spațială termică (STNP). Progresele în metalele la temperatură ridicată, modelarea numerică și ingineria nucleară au dus la îmbunătățiri dramatice ale performanței. În timp ce motorul NERVA a fost conceput pentru a cântări 6.803 kg, studiul final al STNP a oferit un motor cu o treime din forța NERVA, dar în doar 1 650 kg cu un I _sp între 930 și 1 000 de secunde.

Teste de bancă

KIWI 1 a fost primul care a fost pornit în iulie 1959. Reactorul nu a fost proiectat pentru zbor, așa că a fost botezat ca pasăre omonimă care nu zboară . Reactorul său, de fapt, era o simplă grămadă de plăci de oxid de uraniu între care se trecea hidrogenul. Cu toate acestea, a generat 70 MW și o temperatură de evacuare de 2 683 K. În două teste ulterioare, a fost adăugat un strat pe plăci pentru a studia conceptul tijei de combustibil.

Reactoarele din seria KIWI B au dezvoltat pe deplin partea dedicată combustibilului nuclear sub formă de sfere mici de dioxid de uraniu (UO ₂ ) încorporate într-o matrice de bor-grafit acoperită cu carbură de niobiu. Nouăsprezece găuri au fost găsite de-a lungul barei prin care trecea hidrogen lichid pentru răcire. Ultima modificare introdusă de programul KIWI a schimbat combustibilul nuclear prin introducerea carburii de uraniu în ultimele teste din 1964.

Prima problemă apărută în timpul primelor teste a fost că căldura imensă combinată cu vibrațiile reactorului a produs fisuri în combustibilul nuclear. La rândul său, grafitul (care rezistă la temperaturi ridicate) a fost erodat de fluxul de hidrogen la temperatură și presiune ridicate. Problema combustibilului a fost parțial rezolvată spre sfârșitul programului cu noi materiale produse la centrul de cercetare al Laboratorului Național Argonne din apropierea orașului Chicago și prin introducerea acoperirii cu tijă de uraniu.

Pe baza experienței motoarelor din seria KIWI, au fost construite noile reactoare (mult mai mari) din seria Phoebus . Primul test (1A) efectuat în iunie 1965 a durat zece minute generând 1 090 MW cu o temperatură de ieșire de 2 370 K. Testul „B” din februarie 1967 a îmbunătățit rezultatele aducând puterea la 30 MW timp de treizeci de minute de funcționare . Ultimul test, pe 2 iunie 1968, a durat douăsprezece minute cu o putere de 4.000 MW ^[7] .

NERVA NRX (Nuclear Rocket Experimental), a început faza de testare în septembrie 1964. Ultimul prototip produs în această serie a fost XE, proiectat cu toate echipamentele de zbor necesare și cu o cameră de joasă presiune în aval de duză pentru a simula condițiile de vid. În martie 1968, acest motor a fost pornit de douăzeci și opt de ori și de cele mai multe ori motorul a fost oprit doar din cauza epuizării hidrogenului. NERVA NRX / XE a fost capabil să genereze 1 100 MW și 754 lire sterline (334 kN) impuse de specificațiile pentru misiunea Marte.

De asemenea, a fost construită o versiune mai mică a KIWI, Pewee . A fost testat de mai multe ori la 500 MW pentru a testa acoperirile din carbură de zirconiu (în loc de cele din carbură de niobiu), dar și pentru a investiga cum să crească densitatea de putere a sistemului. Un alt design independent răcit cu apă cunoscut sub numele de NF-1 ( Cuptor nuclear ) a fost utilizat pentru studiul materialelor viitoare. Pewee a fost punctul de plecare al proiectelor NTR care au fost studiate în centrele de cercetare NASA.

În timpul ultimului test NRX, reactorul a pierdut mai puțin de treisprezece kilograme de combustibil în două ore de funcționare, suficient de puțin pentru a fi considerat pregătit pentru o misiune spațială de către Biroul de Propulsie Nucleară Spațială . Tijele de combustibil proiectate pentru Pewee 2 au reușit să reducă problema eroziunii combustibilului, dar nu au fost niciodată testate pe bancă. Cu toate acestea, inginerii NASA au crezut că cele mai recente progrese în materie de materiale produse în laboratorul Los Alamos au fost capabile să rezolve chiar și cele mai recente probleme ale tijei de combustibil.

Proiectul NERVA | NERVA / Rover a fost anulat în 1972, în urma lipsei generale de interes în NASA după încheierea Proiectului Apollo . Fără o misiune pilotată pe Marte, nevoia unei rachete termice nucleare a devenit incertă.

Testele reale ^[10]

În 2016, mai multe lansări de test ale rachetei Burevestnik au fost efectuate în Rusia;
În 2017 a existat un test eșuat în Rusia;
În toamna anului 2018, serviciile secrete americane au detectat o creștere neobișnuită a radiațiilor într-o zonă a Rusiei, atribuind-o testelor eșuate ale rachetei Burevestnik;
La 29 ianuarie 2019, racheta de croazieră cu propulsie nucleară Burevestnik / KY30 / SSC-X-9 , poreclită „Skyfall”, a fost testată la poligonul de tir Kapustin Yar din regiunea de sud a Astrahanului , Rusia ;
Pe 8 august 2019, un accident care a implicat o rachetă cu propulsie nucleară a avut loc în Rusia, în Severodvinsk , regiunea Arhanghelsk . ^[11]

Nuclear vs. chimist

Compararea directă a performanțelor unui motor nuclear cu una chimică nu este ușoară. În timpul programului Saturn V , NASA a considerat o rachetă termică nucleară derivată din NERVA ca un înlocuitor pentru etapa a treia (S-IVB).

Conform acestei analize pentru un anumit impuls, puterea necesară este definită ca
$P=T\left({\frac {V_{e}}{2}}\right)$ ${\ displaystyle P = T \ left ({\ frac {V_ {e}} {2}} \ right)}$ ${\ displaystyle P = T \ left ({\ frac {V_ {e}} {2}} \ right)}$
unde T este propulsia e $V_{e}$ ${\ displaystyle V_ {e}}$ $V_ {e}$ este debitul fluidului de lucru.
$V_{e}$ ${\ displaystyle V_ {e}}$ $V_ {e}$ poate fi calculat din impulsul specific , I _sp

$V_{e}=I_{sp}*g_{n}$ ${\ displaystyle V_ {e} = I_ {sp} * g_ {n}}$ ${\ displaystyle V_ {e} = I_ {sp} * g_ {n}}$

cu I _sp exprimat în secunde și g _n accelerația gravitațională standard .

Folosind ca referință parametrii celei de-a treia etape a lui Saturn V care a zburat de fapt ( J-2 ) pe care îl avem

$P={\frac {(1014kN)(414s)(9,81m/s^{2})}{2}}=2060MW$ ${\ displaystyle P = {\ frac {(1014kN) (414s) (9,81m / s ^ {2})} {2}} = 2060MW}$ ${\ displaystyle P = {\ frac {(1014kN) (414s) (9,81m / s ^ {2})} {2}} = 2060MW}$

care este aproximativ egală cu puterea generată de un mare reactor nuclear.

Așa cum s-a scris mai sus, totuși, chiar și cel mai simplu reactor cu miez solid oferă un I _sp mare de aproximativ 850 de secunde. Dacă nu ar exista pierderi în transferul de energie termică, puterea necesară (cu același impuls) ar fi egală cu

$P={\frac {(1014kN)(850s)(9,81m/s^{2})}{2}}=4227MW$ ${\ displaystyle P = {\ frac {(1014kN) (850s) (9,81m / s ^ {2})} {2}} = 4227MW}$ ${\ displaystyle P = {\ frac {(1014kN) (850s) (9,81m / s ^ {2})} {2}} = 4227MW}$

Observați cum creșterea I _sp necesită o creștere corespunzătoare a energiei. Introducând, de asemenea, pierderile de transfer de căldură, NERVA a trebuit să aibă o putere de proiectare de aproximativ 5 GW, ceea ce l-ar fi făcut cel mai puternic reactor nuclear din lume.

Pentru un impuls determinat, fluxul de masă poate fi derivat din

${\dot {m}}={\frac {T}{V_{e}}}$ ${\ displaystyle {\ dot {m}} = {\ frac {T} {V_ {e}}}}$ ${\ displaystyle {\ dot {m}} = {\ frac {T} {V_ {e}}}}$

Pentru J-2 avem ${\dot {m}}={\frac {1014kN}{(414s)(9,81m/s^{2})}}=250kg/s(circa)$ ${\ displaystyle {\ dot {m}} = {\ frac {1014kN} {(414s) (9,81m / s ^ {2})}} = 250kg / s (aproximativ)}$ ${\ displaystyle {\ dot {m}} = {\ frac {1014kN} {(414s) (9,81m / s ^ {2})}} = 250kg / s (aproximativ)}$

Pentru NERVA, debitul masic ar fi de aproximativ 121 kg / s. Spre deosebire de J-2, unde debitul este apă (H ₂ O), fluidul de lucru este hidrogen (H ₂ ) care are o masă mult mai mică decât molecula de apă și o densitate de 70 kg / m³. Aceasta înseamnă asigurarea unui debit în reactor de 1 725 litri de hidrogen lichid pe secundă.

În cele din urmă, trebuie să luăm în considerare motorul ca un întreg la nivel de scenă. S-IVB transporta 300.000 de litri de combustibil; 229 000 litri de hidrogen (17 300 kg) și 72 700 litri de oxigen (86 600 kg). Deoarece cele două tancuri au fost separate doar de un perete interior, îndepărtarea acestuia pentru a crea un singur tanc mai mare nu ar fi crescut capacitatea totală cu atât. O etapă cu energie nucleară de 300.000 litri (21.300 kg) ar putea funcționa doar 175 de secunde (la 1.725 litri / s) față de aproximativ 500 pentru J-2.

Schimbarea totală a vitezei, așa-numita "delta-v", poate fi obținută din ecuația rachetei , care se bazează pe masa inițială și finală a etapei:

$\Delta v\ =V_{e}\ln {\frac {m_{0}}{m_{1}}}$ ${\ displaystyle \ Delta v \ = V_ {e} \ ln {\ frac {m_ {0}} {m_ {1}}}}$ ${\ displaystyle \ Delta v \ = V_ {e} \ ln {\ frac {m_ {0}} {m_ {1}}}}$

unde este ${m_{0}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ este masa inițială cu combustibil, ${m_{1}}$ ${\ displaystyle {m_ {1}}}$ ${\ displaystyle {m_ {1}}}$ fără masa finală și V _și viteza de curgere. Masa neîncărcată a treptei J-2 a fost de 13 311 kg, inclusiv 1 600 kg de motor. Scoaterea peretelui ar fi fost posibil să coborâți până la 10 000 + 500 kg numai pentru rezervor. Greutatea proiectată a NERVA a fost de aproximativ 6 800 kg, ceea ce ar aduce masa etapei goale la aproximativ 17 300 kg. Datorită combustibilului mai ușor, totuși, masa complet încărcată ( ${m_{0}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ ) pentru etapa nucleară s-ar fi oprit la 38.600 kg față de 119.900 pentru etapa convențională.

Acestea fiind spuse, inserând aceste valori în ecuația rachetei obținem un Δ v de 8 900 m / s pentru J-2 contra doar 6 700 m / s pentru motorul nuclear, penalizat de timpul de funcționare mai scurt și cu atât mai mare masa inutilizabilă la sfârșitul funcționării. Ca un simplu înlocuitor pentru J-2, NERVA nu pare să ofere niciun avantaj.

Aceste considerații simple ignoră însă unele aspecte. Pe de o parte, greutatea mai mică a noii etape în comparație cu cea chimică înseamnă că poate fi accelerată de la treptele inferioare la viteze mai mari, oferindu-i un avantaj substanțial față de soluția convențională. Pe de altă parte, variația masei din a treia etapă ar trebui să ducă la optimizarea primelor două etape care accelerează o masă mai mică. Prin urmare, nu este posibil să considerăm NERVA ca un simplu înlocuitor pentru J-2 într-o etapă comună (S-IVB), ci să proiectăm o a treia etapă complet nouă în jurul NERVA.

De fapt, luând ca parametru nou greutatea completă a S-IVB (și, prin urmare, a ${m_{0}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ ${\ displaystyle {m_ {0}}}$ egală cu 119 900 kg), triplarea masei rezervorului de hidrogen ar avea o masă goală a etapei optimizată pentru racheta nucleară ( m ₁ ) egală cu 38 300 kg. Aceasta înseamnă o Δ v de aproximativ 9.500 m / s. Cu toate acestea, pur având aceeași masă ca a treia etapă originală și o performanță puțin mai mare, aceasta ar avea o amprentă egală cu cea a celei de-a doua etape a lui Saturn V.

Riscuri

Un motor KIWI distrus în timpul unui test

Există întotdeauna posibilitatea ca un eșec al rachetei (pe orbită sau în faza de traversare a atmosferei) să ducă la o dispersie a materialului radioactiv. În cazul distrugerii containerului de combustibil nuclear din cauza impactului cu resturi orbitante, fisiune necontrolată, oboseală a materialului sau erori de proiectare și construcție, ar exista eliberarea de material radioactiv care ar cădea înapoi pe Pământ.

Pe de altă parte, nu este posibil ca o explozie nucleară să fie declanșată așa cum se întâmplă în bomba atomică , deoarece uraniul utilizat în reactoarele de fisiune are proprietăți fizico-chimice diferite de cel utilizat în bombe; o posibilă explozie a unui motor cu energie nucleară ar avea în schimb efectul unei așa-numite „ bombe murdare ”.

Elementele de combustibil nuclear sunt proiectate să reziste la temperaturi ridicate (până la 3 500 K) și presiuni ridicate (până la 200 de atmosfere); o tijă de combustibil este fabricată din materiale foarte rezistente și de obicei acoperită cu carburi. Combustibilul nuclear real este, de asemenea, alcătuit dintr-un procent mic de uraniu 235 încorporat într-o matrice de carbon. Micile reactoare cu nucleu solid care au funcționat o anumită perioadă de timp nu au produs contaminări de mediu deosebit de grave. În timpul programului Rover, un reactor nuclear KIWI a fost detonat intenționat pentru a simula căderea de la înălțimi mari și nu a existat nici o eliberare de material fisibil.

Contaminarea rezultată dintr-un eveniment catastrofal ar afecta o zonă a cărei amplitudine ar fi strict dependentă de direcția și intensitatea vânturilor , care poate transporta praf radioactiv pe mii de kilometri, ca în cazul accidentului de la Cernobîl , ale cărui particule radioactive ajuns până în Italia .

Notă

^ Dewar, James și Bussard, Robert, "The Nuclear Rocket: Making Our Planet Green, Peaceful and Prosperous", Apogee Books, Burlington, Ontario, Canada, 2009.
^ Dewar, James. „Până la sfârșitul sistemului solar: povestea rachetei nucleare”, Apogee, 2003.
^ ^a ^b Mark Wade, RD-0410 , pe astronautix.com , Enciclopedia Astronautică . Adus la 25 septembrie 2009 (arhivat din original la 8 aprilie 2009) .
^ "Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky" - Complex de cercetare științifică / RD0410. Motor rachetă nucleară. Vehicule de lansare avansate , pe kbkha.ru , KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau . Adus la 25 septembrie 2009 .
^ Alvarez, Luis, „Nu există o modalitate evidentă sau simplă de a folosi energia atomică pentru navele spațiale”, Serviciile aeriene ale SUA , ianuarie 1947, pp. 9-12.
^ Procesarea unui simpozion pe sisteme avansate de reactoare compacte -15-17 noiembrie 1982.
^ ^a ^b Sistem nuclear avansat pentru energie portabilă în spațiu - National Academy Press 1983 - ISBN 0-309-03427-2 .
^ Robbins, WH și Finger, HB, "O perspectivă istorică a programului tehnologic al motorului cu rachete NERVA" , Centrul de cercetare Lewis NASA, iulie 1991.
^ Un reactor de rachetă metal Dumbo Depus la 10 decembrie 2006 în Internet Archive . Laboratorul Științific Los Alamos.
^ Rusia, lansată rachetă de croazieră cu propulsie nucleară , pe ilgiornale.it .
^ Greenpeace lansează alarma de radiații în Rusia: în Severodvinsk sunt de 20 de ori mai mari după incendiul din baza navală , pe open.online .

Bibliografie

Desfășurarea unui simpozion privind sistemele avansate de reactoare compacte -15-17 noiembrie 1982 - National Reserarch Council - Corp surse coduri: 019026000

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre racheta termică nucleară

linkuri externe

Dumbo (PDF) ( PDF ), pe dunnspace.com .
imaginea motorului EX ' , la f104g.demon.co.uk .
Programul Rover Nuclear Rocket Engine: Raport final - NASA 1991 (PDF) ( PDF ), la ntrs.nasa.gov .
Neofuel Propunere pentru acționare interplanetară pe bază de abur, utilizând depozite de gheață off-pământ , pe neofuel.com .
Proiectul Prometeu: Dincolo de Lună și Marte , pe prometheus.jpl.nasa.gov (arhivat din original la 12 ianuarie 2006) .
Propulsie nucleară , la bernd-leitenberger.de .
Motorul rachetă nucleară RD-0410 al URSS , pe astronautix.com .
Motor sovietic / rus cu rachete nucleare solide , pe novosti-kosmonavtiki.ru .
Sisteme de propulsie nucleară pentru rachete aerospațiale. ^[1]

Controlul autorității	Tezaur BNCF 30470 · LCCN (EN) sh85093102 · BNF (FR) cb119777556 (data)

Portalul de astronautică

Portal de inginerie

^ Marco Gentilini, Sisteme de propulsie nucleară pentru rachete aerospațiale. (arhivat din urlarchivio arhivă originală necesită dataarchivio ( ajutor ) ) .

[dewar2-1] Dewar, James și Bussard, Robert, "The Nuclear Rocket: Making Our Planet Green, Peaceful and Prosperous", Apogee Books, Burlington, Ontario, Canada, 2009.

[dewar-2] Dewar, James. „Până la sfârșitul sistemului solar: povestea rachetei nucleare”, Apogee, 2003.

[astronautix1-3] Mark Wade, RD-0410 , pe astronautix.com , Enciclopedia Astronautică . Adus la 25 septembrie 2009 (arhivat din original la 8 aprilie 2009) .

[4] "Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky" - Complex de cercetare științifică / RD0410. Motor rachetă nucleară. Vehicule de lansare avansate , pe kbkha.ru , KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau . Adus la 25 septembrie 2009 .

[alvarez-5] Alvarez, Luis, „Nu există o modalitate evidentă sau simplă de a folosi energia atomică pentru navele spațiale”, Serviciile aeriene ale SUA , ianuarie 1947, pp. 9-12.

[symp-6] Procesarea unui simpozion pe sisteme avansate de reactoare compacte -15-17 noiembrie 1982.

[advance-7] Sistem nuclear avansat pentru energie portabilă în spațiu - National Academy Press 1983 - ISBN 0-309-03427-2 .

[NERVAst-8] Robbins, WH și Finger, HB, "O perspectivă istorică a programului tehnologic al motorului cu rachete NERVA" , Centrul de cercetare Lewis NASA, iulie 1991.

[9] Un reactor de rachetă metal Dumbo Depus la 10 decembrie 2006 în Internet Archive . Laboratorul Științific Los Alamos.

[10] Rusia, lansată rachetă de croazieră cu propulsie nucleară , pe ilgiornale.it .

[11] Greenpeace lansează alarma de radiații în Rusia: în Severodvinsk sunt de 20 de ori mai mari după incendiul din baza navală , pe open.online .

[12] Marco Gentilini, Sisteme de propulsie nucleară pentru rachete aerospațiale. (arhivat din urlarchivio arhivă originală necesită dataarchivio ( ajutor ) ) .

[1]

[2]

[3]

[4] a

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[1]