Не знаю точно, будет ли данная ссылка в тему, но надеюсь что будет.
Так как я, некогда закончив ракетно-космический факультет МГТУ им. Н.Э. Баумана (девушек там было, понятное дело, мало, и поэтому нас там холили и лелеяли) в последнее время заинтересовалась космическими играми (надоели эльфы, гномы и магия), то как-то пришел интерес и к тому, как же это все появится в реальности. Поэтому предлагаю вниманию уважаемых посетителей блога первую заметку (из цикла) блоггера Алексея Анпилогова, посвященную разрабатывавшемся у нас и в США ядерным двигателям, и возможностям их применения.
55 комментариев
К сожалению, Чернобыль и вот недавно Фукусима сыграли очень злую шутку со всем, что связано с ядерной энергетикой. Понятно, что нельзя так оголтело, как это было в 60-е, тыкать ядерный реактор везде, но в некоторых вариантах это лучшее со всех сторон решение. Кроме того, любая отрасль, если вкладывать в нее деньги и мозги — становится и дешевле, и безопаснее. Например, те же сухогрузы, которых огромное количество и каждый год некоторый процент садится на мель и устраивает разлив топлива. Ядерная установка тоже не сахар, но в море последствия повреждения реактора ликвидировать значительно проще, как и сделать сам небольшой реактор надежнее. А топливный бак размером с полкорабля надежнее не сделаешь.
Возращаясь к теме ЯРД. В данный момент у США есть серьезная проблема. Они хотят делать миссии к астероидам, в пояс Койпера, на луны Сатурна, вторую марсианскую лабораторию. Т.е. в такие места, где солнце либо вообще не добивает, либо его мало и собирать его мощность напряжно. В таких случаях всегда использовались плутониевые РИТЭГ. Но плутоний перестали производить давным давно, потому что это в первую очередь компонент ядерного оружия, а у нас мир, дружба, жвачка. Тот, что уже накоплен — постепенно распадается и не выделяет тот уровень энергий, который требуется для космических миссий.
Проект ядерного реактора для беспилотных исследовательских миссий не однократно начинали, а потом сворачивали. Это при том, что еще в 90-е на волне развала всего и вся NASA удалось выкупить два советских Топаз-2, и даже провести цикл наземных испытаний, но очередные «бюджетные сокращения»…
Хотя причина на самом деле одна: все боятся и никто не хочет разгребать последствия, если эта штуковина рванет в атмосфере и разметает радиоактивные осколки по большой площади. Подобные случаи уже случались, например падение Космос-954. СССР тогда просто «отморозилось», но если что-то подобное произойдет с аппаратом США над территорией США, то отмазаться врядли получится.
Т.е. ни у кого нет даже ядерного реактора, не говоря уже о ядерном двигателе, который даже при твердотопливной схеме фонит выхлопом. И разрабатывать его никто не даст. Одна надежда на китайцев, которым, по большому счету, уже на всех наплевать. При этом он идеально подходит их планам.
Ну согласно Анпилогову, наш двигатель не фонил :) А вообще, если есть возможность протащить такой двигатель по статье «запрет испытаний ядерного оружия в космосе», то и Китай не будет разрабатывать такой двигатель (ну конечно пока не соберется с силами, чтобы проигнорировать всех), а если такой возможности нет, то скорее всего это все возродится в России (ну или в США, если они оживят свою атомную отрасль), т.к. данный двигатель — задача нетривиальная, и наработок по нему, кроме как у нас с американцами, нету ни у кого. С бухты-барахты двигатель не построить.
Тоже самое сейчас с ядерной энергетикой, она эксплуатируется добрых 70 лет, наработок как в теории, так и в практике — масса. В отличие от тех же 70-х, когда даже теории радиационной безопасности толком не было.
Сейчас нет нужды рыться в замшелых проектах советов и сша, можно взять все самое новое и адаптировать под ярд. Но, как вы правильно сказали, все это в частности проходит под запрет ядерного оружия в космосе. Нужна политическая воля, частникам такое клепать не дадут. А ее нет.
К счастью, есть еще работы по эрд и беспроводной передаче энергии, будь то микроволны или лазерное излучение.
Кроме того, зачем всю дорогу питать корабль на Сатурн лучом с Земли? Выпнули на орбиту, и все. Мало того, это уже и не возможно из-за взаимного вращения. Электростанция в точке Лагранжа будет иметь лучшую фокусировку и меньшее рассеивание, разве что разместить ее там может быть по началу сложно, зато солнечной энергии там сколько хочешь.
А вообще имхо такие штуки надо собирать прямо в космосе и не садить вообще никогда, садить всякие мелкие капсулы и не более того.
Это кстати автоматом нивелирует проблемы со взрывом ядерного реактора в атмосфере.
В любом случае свой собственный движок капсула иметь должна. Ты при таком торможении об атмосферу либо вылетишь по гиперболе на второй космической хорошо если целым, либо сгоришь. Плюс закинуть по баллистике болванку с таким точным расчётом сближения с таким удалённым телом, как Сатурн, будет проблематично я думаю. Всё равно орбиту надо будет корректировать.
Тут я согласен. В космос вообще возить надо только людей, если вообще надо. Всё остальное добывать и производить либо на астероидах, либо на Луне.
Но такой проект сильно скажется на сообщении в поперечном направлении, ведь этот кабель должен быть непрерывным и его тогда придётся устанавливать выше существующих дорог. Вдоль всего кабеля полоса местности шириной хотя бы пару десятков километров должна быть свободна ради обеспечения безопасности. Это значит, что дороги, пересекающие её, наверняка придётся прятать в тоннели или ещё как-то ограждать. Всю границу по периметру в 2 тысячи километров придётся охранять. Всё воздушное сообщение в этой местности должно быть прекращено хотя бы на время запуска. Всё это — новые расходы, которые не были учтены при подсчёте стоимости.
А вот в океане такое запускать будет наверное даже проще. Такая структура сможет перемещаться и это будет огромным достоинством. Плюс отсутствие государственных границ. Отрезки кабеля между двумя подъёмниками можно подтапливать для свободного движения судов. Осталось только изобрести, протестировать и выпустить в массовое производство электротурбинные движки и можно будет приступать к созданию космического троллейбуса. :)
Плюс мне очень понравилось предложение втулить больше сотни ярд. По простому терверу, если надежность одного двигателя 0,99%, то дальше надежности перемножаются и в итоге получаются уже вполне не иллюзорные шансы, что хотя бы один — сломается.
Тогда уж лучше «простой» космический лифт, там от кабеля требуется всего лишь прочность на разрыв, а энергия может поступать, например, в виде лазерного луча. Половину пути с земли, половину пути с конечной станции.
Я так понимаю ирл его никто не делает потому, что исторически и до сих пор все сцепки сделаны на пиротехнических болтах, которые невозможно протестировать. Так что всегда есть шанс, что из-за одного дурацкого болта жахнет вся ракета, и хорошо если такой болт один, а если их много — вероятности отказа опять начинают весело расти.
Видел на NASA TV какой-то новый вариант разъемных соединений, без взрыва. Если допилят — может что-то изменится в этом плане.
Мне ещё понравился вариант реверс-шаттла, в котором ЖРД крылатые бустеры возвращаются после отрыва в качестве первой ступени как аэропланы. В принципе могут применяться как аспарагус.
Они набросали кучу денег в разные интересные штуки, те же компы и лазеры. Потом подождали немного, пока это все устаканится и коммерциализуется. Потом второй этап, уже с новой ступеньки. И так потихоньку. Вбрасывай деньги и контролируй, чтобы их не сильно разворовывали.
Не было ничего, а теперь есть компы и лазерные резаки.
А значит, скорее всего, в качестве посредника будет все та же тепловая машина, только «дровишки» уже не нефрятные, и даже не ядерные, а термоядерные.
Но тепловая машина ограничена «сверху» свойствами материалов теплообменника и теплоносителя. Так что термояд не факт что даст именно больше энергии. Там больше вопрос безопасности и доступности топлива.
Все сказанное выше точно так же относится и к ракетному двигателю. ЯРД был ограничен 4к градусов, при которых плавились трубки теплообменников, точно так же будет ограничет и ТЯРД. С той разницей, что ТЯРД с открытым циклом можно сделать только импульсным, а это фактически проект Дедал.
А штуки типа полупроводников до сих пор не могут тягаться с более примитивными решениями.
Запускать эту дуру с Земли, даже в качестве второй ступени — никто не даст, там радиоактивного топлива несколько тонн, хватит основательно загадить всю площадь падения обломков. Для сравнения: некоторые источники приводят данные, что объем выбросов радиоактивной пыли в атмосферу в Чернобыле составил 6-8 тонн.
Ну а когда корабль уже выведен на опорную орбиту, 850с импульса ярд не идут ни в какое сравнение с удельным импульсом электродвигателей. Для сравнения, реально существующий VASIMR в экономном режиме достигает 5000с. И для электродвигателей это не предел, фактически они все еще в начале пути. Тяга там конечно смешная и с поверхности планеты на нем не улетишь никогда, но если вы уже на орбите, это и не важно — возможность ускоряться или тормозить все время полета перебивает любую выгоду от высокой тяги.
При этом на основных трассах перспективных колонизаторов, т.е. Земля-Луна, Земля-Венера, Земля-Марс солнечного света достаточно для того, чтобы обойтись панелями.
ЯРД может быть интересен для старта с планетоидов без атмосферы, например с Луны или спутников Марса. Там, где ЭРД не хватает тяги, а химическим двигателям — импульса. Но до этого еще очень далеко.
Даже «чистые» химические двигатели вызывают слишком большой процент генетических аномалий у жителей окрестностей Байконура. Что уж говорить про ядерные двигатели. На них улетать — так уже навсегда)
Проблему аварии уже озвучивали — сколько уже раз сотские спутники с ядерной установкой падали? благо по континенту попасть шансы всё-таки меньше, чем в океане затопить.
А самая главная проблема, про которую не следует забывать — на Земле вообще чудом оказалось столько тяжелых элементов. У нас ядерное топливо может кончиться намного раньше нефти. Только вот из рапса его уже не по добываешь. Вместо того, чтобы бездумно всё тратить на отрыв от планеты, лучше поберечь его для крупных орбитальных энергоустановок.
Гептил в жизни не был чистым, это адский яд, но зато с кучей полезных свойств типа высокой температуры кипения. Но чистым он никогда не был.
Не может :) Некому использовать уран такими темпами, даже если отбросить грядущие реакторы-размножители, и считать, что атомная энергетика всегда останется такой, как сейчас.
Вот потому-то космические программы со временем и пересмотрели в пользу безопасности для оставшихся на планете людей.
Туше) я, похоже, погорячился — проблема таки в объемах вторичной обработки, а не самой добычи.
Да и ведь это не космический двигатель, это двигатель для ядерной ракеты нового поколения. Отсюда опять же сомнения, что кто-то волновался о безопасности — через пару часов после использование планете ведь всё равно конец наступал.
Из какого источника взялось утверждение про его безопасность? до всяких испытаний? это ведь важно.
По сути, вся статья основана на хрупком факте, что использование ЯРД в атмосфере возможно без катастрофических последствий. Типа вот возьмём лучшее из американской и советской программы — но это ведь только если все пункты действительно реальны.
А иначе — совершенно понятно, почему программу свернули.
На сайте «КБ» инфы минимум, а «новости космонавтики» восторженно популистские и упускают пару деталей:
Вот вам и маленький размер установки.
А вот этот текст:
и далее:
Очень по-нашему звучит. Радиация вполне «в пределах нормы» — волноваться не о чем! ;) Но смотря для каких целей, да.
И да, «радиация в пределах нормы» — это очень растяжимое понятие, в разных частях земного шара эта норма весьма разнится. Везде заговор?
Мы имеем простой факт из статьи — радиоактивность истекающих газов была (водород, низкое сечение реакции, все дела), но автор статьи назвал её «незначительной» — не смотря на очевидные меры.
«Заговор» возникает каждый раз, когда раскапывают очередную советскую вундервафлю — технология мол отличная была, но вот опять негодяи забросили её перед самым внедрением в жизнь! ;)
Еще раз повторяю, во всяком новом деле, особенно связанном с такой опасной штукой, как деление ядра, всегда принимаются серьезные меры безопасности. Это потом, когда техника пойдет в массы, всякий технолог-рационализатор норовит давление повысить да стержни приподнять, чтобы премию за сверхплановое электричество получить, и вот тогда жди беды.
Несколько утрируя, то, что на каждом подъемном кране написано «не стой под стрелой» не означает, что там каждую минуту сверху падают кирпичи, это означает просто, что если кирпич все-таки упадет, то лучше не стоять на их пути.
Да, в первом случае была проблема с реактивностью реактора и его неадекватной реакцией на введение стержней в некоторых режимах, но об этой проблеме институт-разработчик сообщал. Почему она не была отражена в инструкции персонала — халатность, раздолбайство и «всем плевать».
Зато в Украине и Белоруссии теперь отличный заповедник дикой природы. Ну и люди раком чаще болеют, ну что делать, очень жаль.
А что касается фукусимы, то там продалбывались сроки по ремонту и переоснащению той самой аварийной системы охлаждения реактора, из-за поломки которой произошло расплавление активной зоны и все дальнейшие утечки. На бумагах работы проводились, а реально — нет.
Вывод — хочешь получить надежность, по максимуму убери из системы людей.
А вы посмотрите на бюджетные сокращения. Когда закладывали первый ЯРД, были планы и постоянной базы на Луне и полетов на Марс и Freedom.
После посещения Луны Штатам стало не с кем «укреплять свой авторитет» в космосе. Потом начался мировой нефтяной кризис, экономика Штатов сильно просела, а СССР по итогам вообще вылетел в трубу. Не только из-за него, но и из-за него тоже. Космос как тогда не окупал, так и сейчас себя не окупает, вот его бюджет и урезали в первую очередь.
А ЯРД нужен в основном для того, чтобы часто и много таскать большие грузы между орбитами. Луна, Марс. Ну и как третья ступень для сверхтяжелых ракет. Для него просто не стало работы.
А потом в 86 на весь мир бахнул Чернобыль и это похоронило ЯРД навсегда. Истерички от популистов его теперь боятся так же, как ГМО и манипулирование генами.
Что касается безопасности ядерного выхлопа — я согласен со Shulmith. Если водород (а там имелся в виду именно он) не выносит уносит с собой компоненты топлива и конструкций активной зоны, то максимум, что можно получить — альфа-частицы, которые останавливаются листом бумаги. Это при том, что у водорода в принципе сечение захвата нейтронов очень мало.
Т.е. это вопрос подбора материала и рабочей температуры активной зоны. Ниже температура — ниже импульс, но дольше максимальная продолжительность работы без обслуживания.
Чернобыль в первую очередь показал всему миру, как правительство может приуменьшать опасность ядерной энергетики, скрывать детали от людей. Да и непосредственное столкновение с реальностью показало несостоятельность многих теорий о воздействии радиации на организм и технику.
Я и сам раньше был приверженцем подхода «после нас хоть потоп». Технический прогресс превыше всего и всё такое. Но это реализовать нереально и безответственно.
Да и в последние годы появились принципиально новые подходы.
1) в NASA станут вливать больше денег
2) Произойдет переориентация с высадки на Марс — к возвращению на Луну.
Что касается ЯРД — думаю причины чисто политические, при надлежащем финансировании это проект лет на пять, максимум десять. Т.е. от «хотим ЯРД» до готового летного образца. Большинство технологий давно освоены, работоспособность концепции доказана 40 лет назад.
Но вот куда его применить? Требований со старта два:
1) Ракета должна быть human rated, там надежность заявляется на уровне 0.9998.
2) Ступень с ЯРД не должна возвращаться на Землю.
Получается, то, о чем я уже говорил. Миссии за пределы земной орбиты. Которых сейчас нет. Но даже если будут, то в большинстве случаев достаточно уже отработанных химических ракет. А там, где не достаточно…
На 2015 год анонсирована установка на МКС плазменного двигателя VASIMR мощностью 200kW с комплектом батарей, который позволит ему работать в течение десяти минут. Сейчас компания разрабатывает версию VX-200SS для стендовых испытаний чтобы показать, что двигатель в состоянии отработать непрерывно и на полной мощности не менее 100 часов.
Тяга 6 ньютонов, импульс 5000с. Характеристической скорости он может придать… изрядно, особенно учитывая, что сам двигатель весит 300 кг.
Пока главный не решенный вопрос в источнике энергии. Например все солнечные панели МКС на орбите Земли дают порядка 80kW. В случае с Марсом эти значения конечно будут ниже.
Понятно, что Роскосмосу обрезали финансирование практически на треть и ему сейчас не до ярд и, строго говоря, вообще ни до чего — бюджет пилотируемой космонавтики (а это практически исключительно МКС) больше, чем все остальные статьи бюджет вместе взятые.
ria.ru/space/20150424/1060614875.html
Так покажите чертов проект.