stringtranslate.com

Ядерная двигательная установка

Ядерное движение включает в себя широкий спектр методов движения, которые используют ту или иную форму ядерной реакции в качестве основного источника энергии. [1] Идея использования ядерного материала для движения возникла еще в начале 20-го века. В 1903 году была выдвинута гипотеза, что радиоактивный материал радий может быть подходящим топливом для двигателей автомобилей, самолетов и лодок. [2] Герберт Уэллс подхватил эту идею в своем художественном произведении 1914 года « Освобожденный мир» . [3] Многие авианосцы и подводные лодки в настоящее время используют ядерные реакторы на урановом топливе, которые могут обеспечивать движение в течение длительного времени без дозаправки. В космическом секторе также применяются ядерные тепловые и ядерно-электрические двигатели, которые могут быть более эффективными, чем обычные ракетные двигатели.

Реакторы с водой под давлением являются наиболее распространенными реакторами, используемыми на кораблях и подводных лодках. На графической схеме показаны принципы работы. Первичный хладагент обозначен оранжевым цветом, а вторичный хладагент (пар, а затем питательная вода) — синим.

Надводные корабли, подводные лодки и торпеды

USS  Nimitz  (CVN-68) — головной корабль атомных авианосцев класса «Нимиц» .
Атомная подводная лодка класса «Дельта».

Атомные суда — это в основном военные подводные лодки и авианосцы . [1] Россия — единственная страна, имеющая в настоящее время гражданские надводные корабли с атомными двигателями, в основном ледоколы . В настоящее время ВМС США (по состоянию на 2022 год) имеют на вооружении 11 авианосцев и 70 подводных лодок, все из которых оснащены ядерными реакторами. Более подробные статьи смотрите:

Гражданское морское использование

Военное морское использование

Торпедо

Примерно 12 ноября 2015 года российский телеканал «Первый канал» показал изображение и подробную информацию о атомной торпеде « Статус-6». Заявлено, что торпеда имеет дальность полета до 10 000 км, крейсерскую скорость 100 узлов и боевую мощность. глубина до 1000 метров от поверхности. Торпеда несла ядерную боеголовку мощностью 100 мегатонн. [4]

Одним из предложений, появившихся летом 1958 года на первом заседании научной консультативной группы, которая стала ДЖЕЙСОНОМ , было создание «торпеды с ядерной установкой, которая могла бы перемещаться по морям почти бесконечно». [5]

Самолеты и ракеты

Фотография авиационной ядерной двигательной установки, известной как HTRE-3 (Эксперимент с реактором теплопередачи № 3). Место сжигания химического топлива для нагрева воздуха заменил центральный реактор на базе ЭБР-1 . Реактор быстро поднял температуру с помощью воздушного теплообменника и привел в действие два двигателя J47 в ряде наземных испытаний. [6]

Исследования самолетов с ядерными двигателями проводились во время холодной войны Соединенными Штатами и Советским Союзом , поскольку они предположительно позволяли стране удерживать ядерные бомбардировщики в воздухе в течение чрезвычайно длительных периодов времени, что является полезной тактикой ядерного сдерживания . Ни одна из стран не создала ни одного действующего ядерного самолета. [1] Одной из проблем проектирования, которая так и не была решена должным образом, была необходимость в мощной защите для защиты экипажа от лучевой болезни . С появлением межконтинентальных баллистических ракет в 1960-х годах тактическое преимущество таких самолетов значительно уменьшилось, и соответствующие проекты были отменены. [1] Поскольку технология была по своей сути опасной, она не рассматривалась в невоенном контексте. В тот же период также исследовались и не учитывались ракеты с ядерными двигателями. [1]

Самолет

Ракеты

Космический корабль

Было предложено множество типов ядерных двигателей, и некоторые из них (например, NERVA ) прошли испытания для применения в космических кораблях. [9]

Ядерный импульсный двигатель

Ядерная тепловая ракета

Бимодальные ядерные тепловые ракеты проводят реакции ядерного деления, аналогичные тем, которые используются на атомных электростанциях, включая подводные лодки. Энергия используется для нагрева жидкого водородного топлива. Изображенный корабль - это разгонный блок «Коперник», разрабатываемый для системы космического запуска (2010 г.).

Бимодальные ядерные тепловые ракеты проводят реакции ядерного деления, аналогичные тем, которые используются на атомных электростанциях, включая подводные лодки. Энергия используется для нагрева жидкого водородного топлива. Сторонники космических кораблей с ядерной установкой отмечают, что во время запуска из ядерных реакторов почти не выделяется радиация. Ракеты с ядерной установкой не используются для отрыва от Земли. Ядерные тепловые ракеты могут обеспечить большие преимущества в производительности по сравнению с химическими двигательными установками. Ядерные источники энергии также могут быть использованы для обеспечения космического корабля электроэнергией для работы и научных приборов. [12] Примеры:

Рамджет

Прямое ядерное

Ядерно-электрический

Разработка Федерального космического агентства России

Анатолий Перминов, глава Федерального космического агентства России , сообщил [ когда? ] что он собирается разработать космический корабль с ядерной установкой для путешествий в дальний космос. [13] [14] Предварительный проект был выполнен к 2013 году, а на разработку (при космической сборке) запланировано еще 9 лет. Цена установлена ​​в 17 миллиардов рублей (600 миллионов долларов). [15] Ядерная двигательная установка будет иметь мегаваттный класс, [16] [17] обеспечит необходимое финансирование, заявил глава Роскосмоса.

Эта система будет состоять из космической ядерной энергетики и матрицы ионных двигателей. «...Горячий инертный газ температурой 1500 °С, выходящий из реактора, вращает турбины. Турбина вращает генератор и компрессор, в которых циркулирует рабочее тело по замкнутому контуру. Рабочее тело охлаждается в радиаторе. Генератор вырабатывает электроэнергию для тот же ионный (плазменный) двигатель...» [18] [ проверка не удалась ]

По его словам, двигатель сможет обеспечить полет человека на Марс с пребыванием космонавтов на Красной планете в течение 30 дней. Путешествие на Марс с ядерным двигателем и постоянным ускорением займет шесть недель вместо восьми месяцев при использовании химического двигателя – при условии, что тяга будет в 300 раз выше, чем у химического двигателя. [19] [20]

Наземные транспортные средства

Легковые автомобили

Идея создания автомобилей, в которых в качестве топлива использовался бы радиоактивный материал радий , возникла как минимум в 1903 году. Анализ концепции, проведенный в 1937 году, показал, что водителю такого транспортного средства может потребоваться 50-тонный свинцовый барьер, чтобы защитить его от радиации . [21]

В 1941 году физик из Калифорнийского технологического института по имени Р.М. Лангер поддержал идею автомобиля, работающего на уране-235, в январском выпуске журнала «Популярная механика» . За ним последовал Уильям Бушнелл Стаут , дизайнер Stout Scarab и бывший президент Общества инженеров , 7 августа 1945 года в The New York Times . Проблема защиты реактора продолжала делать эту идею непрактичной. [22] В декабре 1945 года Джон Уилсон из Лондона объявил, что создал атомный автомобиль. Это вызвало значительный интерес. Посмотреть на него пришел министр топлива и энергетики вместе с большим контингентом прессы. Машина не появилась, и Уилсон заявил, что она была взломана. Позднее судебное дело установило, что он был мошенником и что автомобиля с атомной установкой не было. [23] [24]

Несмотря на проблему с защитой, в конце 1940-х и начале 1950-х годов продолжались дебаты о возможности создания автомобилей с ядерным двигателем. Разработка атомных подводных лодок и кораблей, а также эксперименты по созданию самолета с ядерной установкой в ​​то время сохранили эту идею. [25] В российских газетах середины 1950-х годов сообщалось о разработке профессором В.П. Ромадиным автомобиля с атомным двигателем, но экранирование снова оказалось проблемой. [26] Утверждалось, что его лаборатории решили проблему экранирования с помощью нового сплава, поглощающего лучи. [27]

В 1958 году, в разгар американской автомобильной культуры 1950-х годов , было предложено как минимум четыре теоретических концепт -кара с ядерным двигателем : американские Ford Nucleon и Studebaker Packard Astral , а также французский Simca Fulgur , разработанный Робертом Опроном [28] [29 ] ] и Arbel Symétric . Помимо этих концептуальных моделей, ни одна автомобильная атомная электростанция не была построена и никогда не производилась. Инженер Chrysler Ч.Р. Льюис отказался от этой идеи в 1957 году, поскольку считал, что для автомобиля массой 3000 фунтов (1400 кг) потребуется двигатель мощностью 80 000 фунтов (36 000 кг). По его мнению, для того, чтобы ядерная энергетика была практичной, необходимы эффективные средства хранения энергии. [30] Несмотря на это, стилисты Chrysler в 1958 году разработали несколько возможных вариантов дизайна.

В 1959 году сообщалось, что компания Goodyear Tire and Rubber Company разработала новую резиновую смесь, которая была легкой и поглощала радиацию, что устраняло необходимость в тяжелой защите. Один репортер в то время считал, что это может сделать возможным создание автомобилей и самолетов с ядерными двигателями. [31]

В 1962 году для Всемирной выставки в Сиэтле Форд сделал еще одну потенциально ядерную модель — Ford Seattle-ite XXI . [32] [33] Это также никогда не выходило за рамки первоначальной концепции.

В 2009 году, к столетнему юбилею приобретения Cadillac компанией General Motors , Лорен Кулесус создала концепт-арт, изображающий автомобиль, работающий на ториевом двигателе . [34]

Другой

Chrysler TV-8 — экспериментальный концептуальный танк, разработанный компанией Chrysler в 1950-х годах. [1] Танк задумывался как средний танк с ядерной силовой установкой , способный вести войну на суше и на море. Эта конструкция никогда не производилась серийно. [35]

X-12 представлял собой локомотив с ядерным двигателем, предложенный в технико-экономическом обосновании, проведенном в 1954 году в Университете Юты. [36]

Марсоход «Кьюриосити» питается от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ), как и успешные марсианские аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» в 1976 году . [37] [38]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abcdefg Тракимавичюс, Лукас. «Будущая роль ядерных силовых установок в вооруженных силах» (PDF) . Центр передового опыта НАТО в области энергетической безопасности . Проверено 15 октября 2021 г.
  2. ↑ Некоторые практические применения радиевых лучей, Республика, воскресенье, 13 сентября 1903 г.
  3. ^ Новый источник энергии, The World Set Free, Герберт Уэллс, Коллинз, Лондон и Глазго, издание 1956 года, стр. 55.
  4. ↑ Россия раскрывает гигантскую ядерную торпеду в «утечке» государственного телевидения, новости BBC, 12 ноября 2015 г. - получено 27 ноября 2015 г.
  5. ↑ Журнал Science, 29 ноября 1991 г., стр.1284.
  6. ^ Торнтон, Дж; Блумбег, Б. (январь 1961 г.). «Эксперименты с авиационными ядерными реакторами-теплообменниками достигают целей испытаний». Нуклеоника . МакГроу-Хилл. 19 (1). ISSN  0096-6207.
  7. ↑ Норрис, Гай (14 октября 2014 г.). «Фальстарт атомного века авиации». Авиационная неделя . Проверено 17 октября 2014 г.
  8. ↑ Гади, Франц-Стефан (2 марта 2018 г.). «Россия демонстрирует «неудержимую» крылатую ракету с ядерной установкой». Дипломат . Проверено 26 марта 2018 г.
  9. ^ Мёкель, МЫ (август 1969 г.). Двигательные установки для пилотируемого исследования Солнечной системы (NASA TM X-1864) (PDF) (Отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США . Проверено 15 января 2023 г.
  10. ^ Шмидт, GR; Бонометти, Дж.А.; Мортон, П.Дж. (июль 2000 г.). Ядерно-импульсная двигательная установка: Орион и за его пределами (AIAA 2000-3856) (PDF) (Отчет). Являюсь. Инст. Аэро. Астро . Проверено 15 января 2023 г.
  11. ^ Внешний импульсный плазменный двигатель (EPPP) (PDF) (Отчет). НАСА. 1 января 1999 года . Проверено 15 января 2023 г.
  12. ↑ Контактное лицо: Джинель С. Стил (15 июля 2005 г.). «F-22 Раптор Стелс». Исследования и технологии НАСА Гленна. Архивировано из оригинала 19 февраля 2006 года . Проверено 8 июля 2009 г.
  13. ^ Российское космическое агентство объявляет о планах по созданию ядерной ракеты для дальнего космоса.
  14. ^ Россия и США обсудят проект космического корабля с ядерным двигателем
  15. ↑ Россияне отправятся на Марс на космическом корабле с ядерной установкой // 2009 г.
  16. ↑ Пейдж, Льюис (5 апреля 2011 г.). «Россия и НАСА проведут переговоры по космическим кораблям с ядерной установкой. У москвичей есть яйца, но нет денег». Регистр . Проверено 26 декабря 2013 г.
  17. ^ «Интервью: академик Анатолий Коротеев. Взгляд изнутри на российскую ядерную двигательную установку» (PDF) . Наука и технологии XXI века . № Осень/Зима 2012–2013 гг. 21-го века. 3 декабря 2012 года . Проверено 26 декабря 2013 г.
  18. ^ (на русском языке) Академик Анатолий Коротеев: «Атомная энергетика может обеспечить качественный скачок в освоении космоса». Архивировано 14 июля 2014 г. на Wayback Machine.
  19. ^ Космическая двигательная установка для марсианской миссии может быть разработана через 6-9 лет.
  20. ^ Россия лидирует в ядерной космической гонке после того, как США вышли из нее
  21. ^ The Science Review, выпуски 1–12, Научный клуб Мельбурнского университета, Мельбурнский университет, 1937, стр. 22
  22. ^ Automobile Quarterly, том 31, номер 1, 1992, страницы 14–29.
  23. ^ Первый атомный автомобиль "саботирован", Townsville Daily Bulletin, Квинсленд, Австралия, понедельник, 3 декабря 1945 г., стр. 2
  24. ^ Мистификация «Атомный автомобиль» - пожилой изобретатель получил приговор, Cairns Post, Квинсленд, Австралия, понедельник, 22 июля 1946 г., стр. 3
  25. ^ «Бенсон Форд бросает вызов автомобилям с атомным двигателем» . Бруклин Дейли Игл . 2 октября 1951 г. с. 3 . Проверено 4 июня 2015 г. - через Newspapers.com . Значок открытого доступа
  26. ↑ Reading Eagle, воскресенье, 20 февраля 1955 г., стр. 8.
  27. ^ Автомобиль с атомным двигателем заявлен русским, The Victoria Advocate, Виктория, Техас, воскресенье, 30 января 1955 г., стр. 7
  28. ^ «Радиоактивные автомобили ХХ века». Архивировано из оригинала 26 октября 2018 года . Проверено 26 апреля 2012 г.
  29. ^ "Une anticipation Simca: la "fulgur"" (на французском языке) . Проверено 26 апреля 2012 г.
  30. ^ Журналы Hearst (апрель 1957 г.). «Автомобиль на атомном двигателе», «Популярная механика». Популярная механика . Журналы Херста. п. 141.
  31. ↑ Пришествие ускоренного самолета с атомным двигателем , Рэй Кромли, Адвокат Виктории, Виктория, Техас, среда, 24 июня 1959 г., стр. 4
  32. ↑ Хэнлон, Майк (4 июня 2004 г.). «Ford Seattle-ite: один из самых значительных концепт-каров в истории». Gizmag.com . Проверено 26 апреля 2012 г.
  33. ^ "Ford Seattle-ite XXI 1962 года" . Архивировано из оригинала 12 мая 2013 года . Проверено 26 апреля 2012 г.
  34. ^ Что за черт? Концепция ториевого топлива Cadillac World?
  35. ^ Ханникатт, Р.П. (1990). История американского основного боевого танка, Том 2: Абрамс . США: Президио. п. 36. ISBN 9780891413882.
  36. ^ Абель, ГК; Борст, LB; Боуи, DM; Петти, КВ; Стовер, Би Джей; Ван Дилла, Массачусетс (1954), Атомный локомотив , получено 14 декабря 2023 г.
  37. ^ «Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор» (PDF) . НАСА/Лаборатория реактивного движения. 1 января 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2012 г. . Проверено 6 августа 2012 г.
  38. ^ «Исследование Марса: радиоизотопная энергия и нагрев для исследования поверхности Марса» (PDF) . НАСА/Лаборатория реактивного движения. 18 апреля 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2012 г. . Проверено 7 сентября 2009 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме ядерных двигателей .