Revoliucija kosminėje aviacijoje: kas žinoma apie neįprastą skystojo urano branduolinį variklį

Tyrimas paskelbtas žurnale „Acta Astronautica“, rašo „Interesting Engineering“.

Naujas branduolinis raketinis variklis

Amerikos mokslininkai sukūrė preliminarią naujo branduolinio variklio versiją, kuri leis žymiai pagreitinti skrydžius į kitas Saulės sistemos planetas. Kol kas šis variklis nėra pilnavertis prototipas ir toliau yra tobulinamas. 

Nepaisant to, mokslininkai pasiekė žymią pažangą.

Centrifuginis branduolinis variklis (CNTR), kurio kūrimas tęsiasi, yra branduolinio raketinio variklio rūšis, tačiau jis veikia naudojant skystą uraną. 

Mokslininkų teigimu, naujasis branduolinis variklis turėtų užtikrinti dvigubai didesnį savitąjį impulsą, palyginti su kitais branduoliniais raketiniais varikliais, kurie šiuo metu yra kuriam ir skirti greitiems skrydžiams kosmoso erdvėje.

Svorio impulsas yra raketinio variklio efektyvumo matas, rodantis, kiek traukos sukuriama vienam degalų sunaudojimo vienetui. 

Didesnis svorio impulsas reiškia, kad variklis efektyviau naudoja degalus traukai sukurti. Paprastai svorio impulsas matuojamas sekundėmis.

Branduoliniai varikliai turėtų pakeisti tradicinius cheminius raketinius variklius, nes jie yra efektyvesni ir leidžia pasiekti didesnį skrydžio greitį. 

Pavyzdžiui, NASA šiuo metu kuria branduolinį raketinį variklį, kurio savitasis impulsas yra apie 900 sekundžių. Tai maždaug 2 kartus daugiau nei cheminių raketinių variklių.

Centrifuginis branduolinis variklis naudoja skystą urano kurą vietoj kieto kuro, naudojamo tradicinėse branduolinių variklių konstrukcijose, ir turi užtikrinti 1500 sekundžių savitąjį impulsą. Tai leis kosminiams laivams žymiai padidinti greitį, išlaikant panašų traukos lygį.

CNTR konstrukcijoje išlydytas urano kuras greitai sukasi centrifugoje. Vandenilio dujos juda per karštą skystį ir išmetamos per tūtelę, kad sukurtų trauką.

Mokslininkai teigia, kad pagrindinis CNTR skirtumas nuo tradicinių branduolinių variklių yra tas, kad vietoj kieto kuro naudojamas skystas kuras, esantis besisukančiuose cilindruose, kuriuos veikia išcentrinė jėga.

Kosminis laivas su branduoliniu varikliu

Branduoliniai raketiniai varikliai laikomi perspektyvia technologija greitiems skrydžiams į Marsą ir tolimas planetas.

Nuotrauka: NASA

Problemos su nauju branduoliniu varikliu

Tačiau naujo branduolinio variklio kūrimas susijęs su dideliais inžineriniais sunkumais. 

Nors mokslininkai padarė pažangą valdydami variklio branduolines reakcijas. Erbio-167 pridėjimas turėtų padėti stabilizuoti vidinę temperatūrą. 

Mokslininkai taip pat pranešė, kad branduolinio skilimo šalutiniai produktai, tokie kaip ksenonas ir samaris, gali neigiamai paveikti branduolinę reakciją, jei jie nebus tinkamai pašalinti. 

Šiuo metu mokslininkai dirba šia linkme.

Kol kas eksperimentai rodo, kad branduolinis variklis gali užtikrinti 1512 sekundžių santykinį impulsą idealiomis sąlygomis. 

Norint tai pasiekti, reikės daugiau centrifugų ir didesnių sukimosi greičių nei originalioje konstrukcijoje.

Be to, mokslininkai turi išsiaiškinti, kaip užkirsti kelią urano kuro nuotėkiui per degimo angą su vandenilio kuru. 

Didelis urano nuotėkis gali sumažinti variklio savitąjį impulsą 30 %. Mokslininkų teigimu, prieš kuriant pilnavertį prototipą, reikia atlikti papildomus CNTR tobulinimo ir optimizavimo darbus.

Tyrimo autoriai teigia, kad šis variklis gali pakeisti kosminius skrydžius, nes jis leidžia judėti kosmosu dvigubai greičiau nei numatyta kitose branduolinių raketinių variklių konstrukcijose.

Branduolinis raketinis variklis – tai greitas skrydis į Marsą ir kitas planetas

Branduolinis raketinis variklis naudoja branduolinės reakcijos energiją darbinio kūno kaitinimui ir traukos sukūrimui, skirtingai nuo cheminių raketinių variklių, kur trauka sukuriama deginant kurą.

Branduolinio raketinio variklio veikimo principas yra darbo kūno, paprastai vandenilio, kaitinimas iki labai aukštos temperatūros branduoliniame reaktoriuje, o po to jo išmetimas per tūtelę traukai sukurti.

Pagrindinis tokių variklių privalumas – didesnis savitasis impulsas. 

Tai reiškia, kad norint sukurti tokį pat traukos jėgą kaip cheminių raketinių variklių, branduolinis variklis sunaudoja mažiau kuro.

Skirtingai nuo cheminių variklių, branduoliniai varikliai nereikalauja oksidatoriaus, nes kaitinimui nesvyruoja degimas. 

Tai žymiai sumažina raketos ar kosminio laivo masę.

Branduoliniai raketiniai varikliai laikomi perspektyvia technologija greitiems skrydžiams į Marsą ir tolimas planetas. Šie varikliai leis žymiai sutrumpinti skrydžio laiką ir sumažinti kosminio laivo pradinę masę.