stringtranslate.com

Ядерная тяга

Ядерное движение включает в себя широкий спектр методов движения, которые используют некоторую форму ядерной реакции в качестве основного источника энергии. [1] Идея использования ядерного материала для движения восходит к началу 20-го века. В 1903 году была выдвинута гипотеза, что радиоактивный материал, радий , может быть подходящим топливом для двигателей, чтобы приводить в движение автомобили, самолеты и лодки. [2] Герберт Уэллс подхватил эту идею в своем фантастическом 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 длительных периодов без дозаправки. В космическом секторе также существуют приложения с ядерными тепловыми и ядерными электрическими двигателями, которые могут быть более эффективными, чем обычные ракетные двигатели.

Реакторы с водой под давлением являются наиболее распространенными реакторами, используемыми на кораблях и подводных лодках. Наглядная схема показывает принципы работы. Первичный теплоноситель обозначен оранжевым цветом, а вторичный теплоноситель (пар и позднее питательная вода) — синим.

Надводные корабли, подводные лодки и торпеды

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

Атомные суда в основном представляют собой военные подводные лодки и авианосцы . [1] Россия — единственная страна, которая в настоящее время имеет атомные гражданские надводные корабли, в основном ледоколы . В настоящее время ВМС США (по состоянию на 2022 год) имеют в эксплуатации 11 авианосцев и 70 подводных лодок, все из которых оснащены ядерными реакторами. Более подробные статьи см.:

Гражданское морское использование

Военное морское использование

Торпедо

Новости Первого канала российского телевидения показали фотографию и детали атомной торпеды под названием « Статус-6» примерно 12 ноября 2015 года. Было заявлено, что торпеда имеет дальность до 10 000 км, крейсерскую скорость 100 узлов и рабочую глубину до 1000 метров под поверхностью. Торпеда несла ядерную боеголовку мощностью 100 мегатонн. [4]

Одним из предложений, выдвинутых летом 1958 года на первом заседании научно-консультативной группы, которая впоследствии стала JASON, было создание «атомной торпеды, которая могла бы бороздить моря практически бесконечно» [5] .

Самолеты и ракеты

Фотография авиационной ядерной двигательной установки, известной как HTRE-3 (Heat Transfer Reactor Experiment № 3). Центральный реактор на базе EBR-1 заменил химическое сжигание топлива для нагрева воздуха. Реактор быстро повышал температуру через воздушный теплообменник и приводил в действие два двигателя J47 в ряде наземных испытаний. [6]

Исследования в области ядерных самолетов проводились во время Холодной войны Соединенными Штатами и Советским Союзом , поскольку они, по-видимому, позволили бы стране держать ядерные бомбардировщики в воздухе в течение чрезвычайно длительных периодов времени, что было 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 адекватно решена, была необходимость в мощной защите для защиты экипажа от лучевой болезни . С появлением МБР 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 невоенных контекстах. Ракеты с ядерными двигателями также исследовались и были исключены в тот же период. [1]

Самолеты

Ракеты

Космический корабль

Было предложено много типов ядерных двигателей, и некоторые из них (например, NERVA ) были испытаны для применения в космических кораблях. [9]

Ядерный импульсный двигатель

Ядерная тепловая ракета

Бимодальные ядерные тепловые ракеты проводят ядерные реакции деления, аналогичные тем, которые используются на атомных электростанциях, включая подводные лодки. Энергия используется для нагрева жидкого водородного топлива. Изображенный аппарат — это «Коперник», верхняя ступень, разрабатываемая для Space Launch System (2010).

Бимодальные ядерные тепловые ракеты проводят ядерные реакции деления, аналогичные тем, которые используются на атомных электростанциях, включая подводные лодки. Энергия используется для нагрева жидкого водородного топлива. Сторонники ядерных космических аппаратов отмечают, что во время запуска ядерные реакторы практически не выделяют радиацию. Ядерные ракеты не используются для взлета с Земли. Ядерные тепловые ракеты могут обеспечить большие преимущества в производительности по сравнению с химическими двигательными установками. Ядерные источники энергии также могут использоваться для обеспечения космических аппаратов электроэнергией для работы и научного оборудования. [12] Примеры:

ПВРД

Прямой ядерный

Ядерный электрический

Развитие Российского Федерального Космического Агентства

Анатолий Перминов, глава Федерального космического агентства России , объявил [ когда? ] , что оно собирается разработать ядерный космический корабль для дальних космических путешествий. [13] [14] Предварительное проектирование было завершено к 2013 году, и еще 9 лет запланировано на разработку (в космической сборке). Цена установлена ​​в размере 17 миллиардов рублей (600 миллионов долларов). [15] Ядерный двигатель будет иметь мегаваттный класс, [16] [17] при условии необходимого финансирования, заявил глава Роскосмоса.

Эта система будет состоять из космической ядерной энергетики и матрицы ионных двигателей. "...Горячий инертный газ температурой 1500 °C из реактора вращает турбины. Турбина вращает генератор и компрессор, который циркулирует рабочее тело в замкнутом контуре. Рабочее тело охлаждается в радиаторе. Генератор вырабатывает электроэнергию для того же ионного (плазменного) двигателя..." [18] [ проверка не пройдена ]

По его словам, двигательная установка сможет поддерживать человеческую миссию на Марс , при этом космонавты будут находиться на Красной планете в течение 30 дней. Это путешествие на Марс с ядерным двигателем и постоянным ускорением займет шесть недель, вместо восьми месяцев при использовании химического двигателя – предполагая, что тяга будет в 300 раз выше, чем у химического двигателя. [19] [20]

Наземные транспортные средства

Автомобили

Идея создания автомобилей, использующих в качестве топлива радиоактивный материал радий , возникла как минимум в 1903 году. Анализ концепции в 1937 году показал, что водителю такого транспортного средства может понадобиться 50-тонный свинцовый барьер для защиты от радиации . [21]

В 1941 году физик из Калтеха по имени Р. М. Лангер поддержал идею автомобиля, работающего на уране-235, в январском выпуске Popular Mechanics . За ним последовал Уильям Бушнелл Стаут , конструктор Stout Scarab и бывший президент Общества инженеров , 7 августа 1945 года в The New York Times . Проблема экранирования реактора продолжала делать эту идею непрактичной. [22] В декабре 1945 года Джон Уилсон из Лондона объявил, что он создал атомный автомобиль. Это вызвало значительный интерес. Министр топлива и энергетики вместе с большим контингентом прессы пришел посмотреть на него. Автомобиль не был показан, и Уилсон заявил, что он был саботирован. Более позднее судебное разбирательство установило, что он был мошенником, и не было никакого автомобиля с ядерным двигателем. [23] [24]

Несмотря на проблему экранирования, в конце 1940-х и начале 1950-х годов продолжались дебаты вокруг возможности создания автомобилей с ядерным двигателем. Развитие атомных подводных лодок и кораблей, а также эксперименты по созданию атомного самолета в то время поддерживали эту идею. [25] В российских работах середины 1950-х годов сообщалось о разработке атомного автомобиля профессором В. П. Ромадиным, но экранирование снова оказалось проблемой. [26] Утверждалось, что лаборатории преодолели проблему экранирования с помощью нового сплава, который поглощал лучи. [27]

В 1958 году, на пике американской автомобильной культуры 1950-х годов, было предложено по крайней мере 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 концепт-моделей, ни одна не была построена, и ни одна автомобильная атомная силовая установка никогда не производилась. Инженер Chrysler CR Lewis отклонил эту идею в 1957 году из-за оценок, что для автомобиля весом 3000 фунтов (1400 кг) потребуется двигатель весом 80 000 фунтов (36 000 кг). Он считал, что для того, чтобы ядерная энергия была практичной, требовалось эффективное средство хранения энергии. [30] Несмотря на это, стилисты Chrysler в 1958 году разработали несколько возможных проектов.

В 1959 году сообщалось, что Goodyear Tire and Rubber Company разработала новый резиновый состав, который был легким и поглощал радиацию, устраняя необходимость в тяжелой защите. Репортер того времени считал, что это может сделать возможным создание автомобилей и самолетов с ядерным двигателем. [31]

В 1962 году для Всемирной выставки в Сиэтле компания Ford выпустила еще одну потенциально ядерную модель — Ford Seattle-ite XXI . [32] [33] Она также так и не вышла за рамки первоначальной концепции.

В 2009 году, к столетию приобретения Cadillac корпорацией General Motors , Лорен Кулесус создал концепт-арт, изображающий автомобиль, работающий на тории . [34]

Другой

Chrysler TV-8 был экспериментальным концептуальным танком, разработанным Chrysler в 1950-х годах. [1] Танк был задуман как средний танк с ядерной силовой установкой , способный вести наземную и амфибийную войну. Проект никогда не производился серийно. [35]

X-12 был локомотивом с ядерной силовой установкой, предложенным в технико-экономическом обосновании, проведенном в 1954 году в Университете штата Юта. [36]

Марсоходы Curiosity и Perseverance питаются от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), как и успешные марсоходы Viking 1 и Viking 2, побывавшие на Марсе в 1976 году. [37] [38]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Тракимавичюс, Лукас. "Будущая роль ядерных двигателей в вооруженных силах" (PDF) . Центр передового опыта по энергетической безопасности НАТО . Архивировано из оригинала (PDF) 2021-10-18 . Получено 2021-10-15 .
  2. ↑ Некоторые практические применения радиевых лучей, The Republic, воскресенье, 13 сентября 1903 г.
  3. ^ Новый источник энергии, Мир Освобожденный, Герберт Уэллс, Коллинз, Лондон и Глазго, издание 1956 года, стр. 55
  4. ^ Россия раскрывает гигантскую ядерную торпеду в «утечке» государственного телевидения, BBC news, 12 ноября 2015 г. - получено 27 ноября 2015 г.
  5. ↑ Science Magazine, 29 ноября 1991 г., стр. 1284.
  6. ^ Торнтон, Г.; Блумбег, Б. (январь 1961 г.). «Эксперименты с реактором для теплопередачи в ядерном двигателе для самолетов достигли целей испытаний». Nucleonics . 19 (1). McGraw-Hill. ISSN  0096-6207.
  7. ^ Норрис, Гай (14 октября 2014 г.). «Фальстарты атомного века авиации». Aviation Week . Получено 17 октября 2014 г.
  8. ^ Гэди, Франц-Штефан (2 марта 2018 г.). «Россия раскрывает „неудержимую“ крылатую ракету с ядерным двигателем». The Diplomat . Получено 26 марта 2018 г.
  9. ^ Moeckel, WE (август 1969). Двигательные установки для пилотируемого исследования Солнечной системы (NASA TM X-1864) (PDF) (Отчет). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США . Получено 15 января 2023 г.
  10. ^ Шмидт, GR; Бонометти, JA; Мортон, PJ (июль 2000 г.). Ядерное импульсное движение: Орион и дальше (AIAA 2000-3856) (PDF) (Отчет). Am. Inst. Aero. Astro . Получено 15 января 2023 г. .
  11. ^ Внешнее импульсное плазменное движение (EPPP) (PDF) (Отчет). NASA. 1 января 1999 г. Получено 15 января 2023 г.
  12. ↑ Контакт: Джинель С. Стил (15 июля 2005 г.). "F-22 Raptor Stealth". NASA Glenn's Research & Technology. Архивировано из оригинала 19 февраля 2006 г. Получено 08.07.2009 г.
  13. ^ "Российское космическое агентство объявляет о планах по созданию ядерной ракеты для дальнего космоса". Архивировано из оригинала 20-04-2017 . Получено 20-04-2017 .
  14. ↑ Россия и США обсудят проект космического корабля с ядерным двигателем
  15. ^ Россияне полетят на Марс на атомном космическом корабле // 2009
  16. ↑ Пейдж, Льюис (5 апреля 2011 г.). «Россия и НАСА проведут переговоры по атомным космическим аппаратам. У москвичей есть яйца, но нет денег». The Register . Получено 26 декабря 2013 г.
  17. ^ "Интервью: академик Анатолий Коротеев. Взгляд изнутри на ядерную энергетическую двигательную установку России" (PDF) . Наука и технологии XXI века . № Осень/Зима 2012-2013. 21 век. 3 декабря 2012 г. Получено 26 декабря 2013 г.
  18. ^ (на русском языке) Академик Анатолий Коротеев: «Атомная энергетика может обеспечить качественный скачок в развитии космонавтики» Архивировано 14 июля 2014 г. на Wayback Machine
  19. ^ "Космический двигатель для марсианской миссии может быть разработан через 6-9 лет". Архивировано из оригинала 2011-04-05 . Получено 2011-07-11 .
  20. ^ Россия лидирует в гонке за ядерное пространство после выхода США 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. ↑ «Саботаж» первого атомного автомобиля, Townsville Daily Bulletin, Квинсленд, Австралия, понедельник, 3 декабря 1945 г., стр. 2
  24. ^ Мистификация «Атомный автомобиль» — пожилой изобретатель получил тюремное заключение, Cairns Post, Квинсленд, Австралия, понедельник, 22 июля 1946 г., стр. 3
  25. ^ «Бенсон Форд бросает вызов атомным автомобилям». The Brooklyn Daily Eagle . 2 октября 1951 г. стр. 3. Получено 4 июня 2015 г. – через Newspapers.com . Значок открытого доступа
  26. ↑ Reading Eagle, воскресенье, 20 февраля 1955 г., стр. 8.
  27. ^ Автомобиль на атомном топливе, заявленный как русский, The Victoria Advocate, Виктория, Техас, воскресенье, 30 января 1955 г., стр. 7
  28. ^ "Радиоактивные автомобили двадцатого века". Архивировано из оригинала 26 октября 2018 года . Получено 26 апреля 2012 года .
  29. ^ "Une anticipation Simca : la "fulgur"" (на французском) . Получено 26 апреля 2012 г.
  30. ↑ Hearst Magazines (апрель 1957 г.). «Автомобиль с двигателем Atom». Popular Mechanics . Hearst Magazines. стр. 141.
  31. ↑ Advent of Atomic Powered Plane Speeded, Рэй Кромли, The Victoria Advocate, Виктория, Техас, среда, 24 июня 1959 г., стр. 4
  32. ^ Хэнлон, Майк (4 июня 2004 г.). «Ford Seattle-ite: один из самых значимых концепт-каров в истории». Gizmag.com . Получено 26 апреля 2012 г. .
  33. ^ "1962 Ford Seattle-ite XXI". Архивировано из оригинала 12 мая 2013 года . Получено 26 апреля 2012 года .
  34. ^ WTF? Концепция ториевого топлива Cadillac World?
  35. ^ Ханникатт, РП (1990). История американского основного боевого танка, том 2: Абрамс . США: Presidio. стр. 36. ISBN 9780891413882.
  36. ^ Абель, Г. К.; Борст, Л. Б.; Боуи, Д. М.; Петти, К. В.; Стовер, Б. Дж.; Ван Дилла, М. А. (1954), Атомный локомотив , получено 14 декабря 2023 г.
  37. ^ "Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator" (PDF) . NASA/JPL. 1 января 2008 г. Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2012 г. Получено 6 августа 2012 г.
  38. ^ "Исследование Марса: Радиоизотопная энергия и отопление для исследования поверхности Марса" (PDF) . NASA/JPL. 18 апреля 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2012 г. Получено 7 сентября 2009 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Ядерное движение» .