ПЕРСПЕКТИВЫ ЯДЕРНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Во времена, когда человечество только стало покорять космос, перед учеными и инженерами встала задача энергообеспечения космических аппаратов. Исследователи обратили внимание на возможность использования ядерной энергии, создав концепцию ядерного ракетного двигателя [3]. ЯРД получили свое название благодаря тому, что создание тяги происходит за счет использования ядерной энергии. В общем смысле под этими течениями подразумеваются любые изменения энергетических состояний атомных ядер, а также превращения одних в другие. Это обусловлено перестройкой структуры ядер или изменением количества содержащихся в них элементарных частиц – нуклонов. А ядерные реакции, как правило, могут происходить либо самопроизвольно, либо вызываться искусственно, например, при бомбардировке одних ядер другими (или элементарными частицами). В Советском Союзе уже в 1947 году начались работы по созданию подобных ракетных двигателей. В 1953 году советские специалисты отметили, что применение атома позволит получить практически неограниченные дальности и намного уменьшит вес ракет [1].

В то время предполагалось, что двигательные установки на ядерной энергии предназначались, в первую очередь, для установки на баллистические ракеты, именно поэтому интересы правительства к разработкам были большими. Конструирование ядерных ракетных двигателей продолжались вплоть до 70-х годов под руководством известных ученых-академиков: Игоря Курчатова, Сергея Королева и Мстислава Келдыша. Они оценивали перспективы создания и применения ракет с ядерными двигателями достаточно оптимистично. Казалось, что еще немного, и СССР произведет запуск подобной ракеты. После испытаний в 1978 году состоялся энергетический пуск первого реактора ядерного ракетного двигателя РД-0410, затем еще две серии испытаний – второго и третьего аппаратов 11Б91-ИР-100 [2].

Однако в начале 1980-х ученым и инженерам, имеющих отношение к исследованиям применения ядерного топлива для ракет, стало в полной мере понятно, что ЯРД в качестве маршевого двигателя найти свое применение в перспективе ближайших десятилетий не сможет. Первоначальный энтузиазм вытесняло соображение того, что за успех и высокие результаты придется дорого заплатить. Необходимо было выяснить решения ряда проблем, в частности: материаловедении, металлургии, прочности, теплотехнике, радиационной и вибрационной стойкости материалов, измерительной и испытательной технике.

Одной из таких острых проблем была сопротивляемость материалов к радиации, так как, конструкционные материалы под влиянием мощного облучения подвергаются структурным изменениям, что оказывает негативное влияние в первую очередь на механические параметры и коррозионную стойкость. Облучение нейтронами приводит к дальнейшим изменениям характеристик: низко– и высокотемпературному радиационному охрупчиванию и радиационной ползучести. Целесообразность использования материалов в ядерных установках во многом зависит от конструктивных особенностей, используемого теплоносителя. Для решения таких трудно выполнимых задач было необходимо достаточное финансирование, огромное количество необходимых ресурсов, людей и исследований. И хотя дальнейшее развитие ЯРД было приостановлено, полученные достижения оказались уникальными. Это неоднократно подтверждено в последние годы на международных конференциях по космической энергетике, а также на встречах отечественных и американских специалистов [2].

В 2010 году России начался новый этап работы над проектом ядерной электродвигательной установки (ЯЭДУ) для применения на космических транспортных системах. Проект находится на исполнении у «Роскосмоса» и «Росатома». И уже к концу 2018 года российские средства массовой информации сообщили об успешном завершении наземных испытаний системы охлаждения.

Основой является реактор на быстрых нейтронах с газовым охлаждением. Система преобразователя относится к турбомашинной. Преобразователь состоит из двух контуров. Первый является пластинчатым устройством, которое состоит из рекуператора и трубчатого «холодильника», что делит контуры теплосъема и теплового сброса. В качестве второго используется капельный излучатель.

Энергию ядерный ракетный двигатель вырабатывает не при сжигании топлива, а в ходе разогрева рабочего тела энергией ядерных реакций. Классическая установка этого типа состоит из нагревательной камеры с реактором, системы подачи рабочего тела и сопла [3]. Рабочее тело в свою очередь подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая тягу для полета. Применение ЯЭДУ позволит во много раз увеличить электрическую мощность на любых космических аппаратах. А это, в свою очередь, дает возможность использовать ионные двигатели.