Ракети з атомним реактором | Журнал Популярна Механіка

  1. Турбореактивний. атомний
  2. космічний буксир
  3. Швидкі і повільні нейтрони
  4. реконструкція
  5. А чи був хлопчик?

2018 запам'ятається неприємною річчю: світ знову заговорив про атомну зброю і військових ядерних технологіях. Люди знову починають замислюватися, скільки часу летить до нас балістична ракета, куди бігти у разі тривоги, як влаштовані і де розташовані бомбосховища, які вражають чинники є у атомних і термоядерних зарядів, чи є у нас щось, чим можна відповісти і, в врешті-решт, чи можна всього цього уникнути. «Популярна механіка» спробує відповісти на деякі з цих невеселих питань.

ядерний слід

Проблема досяжності території США для СРСР, оточеного з усіх боків американськими базами, виникла відразу після закінчення Другої світової війни. Американські та англійські стратегічні бомбардувальники з ядерною зброєю розміщувалися навколо не для міфічної захисту від міжнародних терористів, а конкретно для нападу на Радянський Союз. Досягти ж території США з радянських аеродромів класичні радянські бомбардувальники не могли: для цього була потрібна дальність не менше 16 000 км. Для поразки ж віддалених цілей на території США і вільного вибору траси польоту для обходу районів ППО була потрібна дальність в 25 000 км. Забезпечити її на надзвуковому режимі могли тільки літаки з ядерними силовими установками.

Турбореактивний. атомний

Сьогодні подібні проекти здаються неймовірними, а на початку 1950-х завдання було не складніше, ніж розміщення реакторів на підводних човнах: і те й інше давало практично необмежений радіус дії. Літаки було доручено конструювати КБ Туполєва і Мясищева, а «спеціальні двигуни» - КБ Архипа Люльки.

368 цілей для ядерних зарядів, щоб вбити чверть населення Китаю (джерело: The New York Times) 368 цілей для ядерних зарядів, щоб вбити чверть населення Китаю (джерело: The New York Times)

Турбореактивний двигун з атомним реактором (ТРДА) по конструкції дуже сильно нагадує звичайний турбореактивний двигун (ТРД). Тільки якщо в ТРД тяга створюється розширюються при згорянні гасу гарячими газами, то в ТРДА повітря нагрівається, проходячи через реактор. Активна зона авіаційного атомного реактора на теплових нейтронах набиралася з керамічних тепловиділяючих елементів, в яких були поздовжні шестигранні канали для проходу повітря, що нагрівається. Розрахункова тяга розробляється двигуна повинна була скласти 22,5 т. Розглядалося два варіанти компоновки ТРДА - «коромисло», при якому вал компресора розташовувався поза реактора, і «співвісний», де вал проходив по осі реактора. У першому випадку вал працював в щадному режимі, у другому були потрібні спеціальні високоміцні матеріали. Але співвісний варіант забезпечував менші розміри двигуна. Тому одночасно пророблялися варіанти з обома руховими установками.

Головним недоліком таких двигунів так званої відкритої схеми, коли атмосферне повітря проходило безпосередньо через реактор, було сильне радіаційне зараження відпрацьованого повітря, що, наприклад, виключало можливість застосування звичайної кабіни екіпажу. Він повинен був розташовуватися в герметичній багатошарової 60-тонної (!) Свинцевою капсулі і управляти машиною за допомогою телевізійних і радіолокаційних екранів. Розрахункова маса такого літака повинна була перевищити 250 т. З'явилася логічна ідея зробити бомбардувальник в безпілотному варіанті - у вигляді своєрідної гігантської крилатої ракети. Однак у ВПС не підтримали проект: в 1950-х роках автоматичні системи управління не могли забезпечити маневреність для подолання системи ППО США.

124 цілі для ядерних зарядів, щоб вбити чверть населення США (джерело: The New York Times) 124 цілі для ядерних зарядів, щоб вбити чверть населення США (джерело: The New York Times)

космічний буксир

За минулі 70 років мало що змінилося: ми навіть ще щільніше оточені американськими базами, досяжність території США все ще є проблемою, хіба що ми навчилися робити прекрасні системи автономного управління - посадка «Бурана» тому підтвердження. І як в п'ятдесяті, ніякої альтернативи для тривалого міжконтинентального польоту в атмосфері, крім ядерного двигуна, немає. А тема ця не просто секретна, а суперсекретна. Проте щось ми знаємо, а про щось можна здогадатися.

Останні відкриті дані надходили з незавершеного проекту ядерної енергодвігательной установки для «космічного буксира». Займався космічним реактором Інститут імені Келдиша, в якому до недавнього часу досить охоче ділилися інформацією про цей проект. Але кілька років тому все спілкування з журналістами на цю тему представники інституту припинили - пряма ознака, що роботи, які раніше велися для «мирного космосу», переросли в немирні. Але дещо вдалося дізнатися раніше.

Але дещо вдалося дізнатися раніше

Наприклад, що в реакторі для ядерного реактивного двигуна (ЯРД) використовувалося унікальне паливо, яке складалося з карбідів - сполук урану, вольфраму і ніобію з вуглецем. Це дозволило далеко випередити по допустимим температур класичний оксид урану, який плавиться приблизно при 2500 градусах. Таке паливо непогано працювало в водневому середовищі, в яку, правда, доводилося додавати гептан для придушення хімічних реакцій карбідів з воднем. Але в окислювальному середовищі, якою є розпечений до пари тисяч градусів повітря (а наша ядерна крилата ракета летить в атмосфері), карбіди працювати не зможуть: вуглець буде окислюватися киснем, а що залишилися метали розплавляться і полетять з потоком теплоносія. Подільське НВО «Луч», яка здійснювала ці ТВЕЛи, навчилося покривати паливні стерж-ні металевим ніобієм, що розширило список різних середовищ, в яких це паливо стійко, але при тих температурах, які потрібні в ЯРД, ніобій реагує з киснем, утворюючи оксид, і теж не може захистити паливо. Може бути, сплав танталу з гафнію міг би бути досить стійким в цих умовах, але гафній сильно поглинає нейтрони, що ускладнює конструювання реактора.

Отже, безпосередньо ЯРД в двигун для польоту в атмосфері конвертується. Хоча багато ідей запозичувати можна, і вони є загальними для різних малогабаритних і космічних реакторів. Наприклад, органи управління реактором у вигляді поворотних барабанів, врізаних в бічній відбивач нейтронів з берилію. Приблизно така схема застосовувалася і в радянських космічних ядерних енергетичних установках «Бук» і «Топаз», і в деяких американських реакторах, теж призначених для використання поза Землею. А паливо, швидше за все, доведеться застосовувати оксидне, як в більшості реакторів по всьому світу. У всякому разі, поки завіса секретності не опустилася на «космічний буксир», келдишевци планували використовувати в цій ЯЕДУ саме оксидне паливо.

Швидкі і повільні нейтрони

Але чомусь неспеціалісти дружно вирішили, що основою двигуна крилатої ракети повинен стати реактор на швидких нейтронах. Пояснення просте: заради компактності пристрою в ньому потрібно застосовувати ядерне паливо високого збагачення, а тоді сповільнювач виявляється не потрібен, адже він збільшує перетин ділення у урану-235, мало впливаючи на перетин захоплення ураном-238. Крім того, повільні нейтрони мають ту ж температуру, що і сповільнювач, а значить, їх енергія зростає разом з температурою в реакторі, зменшуючи їх переваги. Дійсно, «Бук» - наймасовіший космічний реактор - працював на швидких нейтронах, а його спадкоємець «Топаз» - на проміжних. Однак реактор на теплових нейтронах може бути не менш компактним: сповільнювач з гідриду цирконію дозволяє створити реактор з діаметром активної зони менше півметра, що і було реалізовано в радянському ЯРД. А для зниження температури сповільнювач повинен охолоджуватися окремим потоком теплоносія, тоді можна реалізувати всі переваги повільних нейтронів. Крім того, в реакторі на теплових нейтронах можна використовувати досить екзотичний ізотоп - америцій-242м. Незважаючи на те що зараз виробництво цього ізотопу не налагоджене, організувати його набагато простіше, ніж виробництво напівміфічного каліфорнія - у відпрацьованому ядерному паливі америцій-241 накопичується сам собою, і його можна виділяти достатньо простими хімічними реакціями (і його виділяють, так як він використовується, наприклад, в деяких детекторах диму). Якщо з оксиду америцію-241 спресувати таблетки і завантажити їх в реактор на швидких нейтронах, той же БН-800, то можна швидко накопичити достатню кількість америцію-242м. Буква в кінці назви означає, що це ядерний ізомер, що знаходиться в збудженому стані. Справа в тому, що у звичайного америцію-242, чиї ядра знаходяться в найнижчими енергетичному стані, період напіврозпаду всього 16 год, а у ядра 242м - цілих 140 років. А навіщо він потрібен? З сповільнювачем з гідриду цирконію він має критичну масу менше 50 г! Відповідно, реактор на ньому матиме діаметр (без відбивача) близько 10 см. Такий реактор, правда, з водяним сповільнювачем, пропонувалося використовувати в медицині, для нейтронно-загарбної терапії. А ось чого точно не буде в реакторі для крилатої ракети, так це торцевих відбивачів нейтронів. Для них просто не залишається місця: з одного боку повинен бути повітрозабірник, з іншого - сопло.

реконструкція

Незважаючи на секретність, приблизний зовнішній вигляд двигуна уявити можна. Втім, він не змінився з 60-х років минулого століття, коли трапилася перша хвиля розробки ядерних літаків - все схеми були зрозумілі вже тоді. Вони поділяються на два принципово різних класи - з прямим нагрівом повітря в реакторі і з непрямим, коли між повітрям і реактором є проміжний теплоносій і теплообмінник. Друга схема набагато чистіше, так як продукти розподілу не потрапляють в повітря, але для одноразових безпілотних апаратів годиться і перша.

Ядерний турбореактивний двигун Ядерний турбореактивний двигун

Під час перших експериментів з ядерними літаками NB-36 і Ту-95ЛЛ повітряний гвинт ще не здав своїх позицій, але зараз був би явним анахронізмом, що обмежує швидкість дозвуковим рівнем. Уже через п'ять років все проектовані атомолети стали чисто реактивними. На відео в президентському посланні була показана ракета наземного базування, що стартує за допомогою звичайного твердопаливного ракетного двигуна, що логічно: навіть якщо наш ядерний двигун не викидає уламки поділу прямо в повітря, то гамма-радіацію від працюючого реактора повністю заекранувати неможливо, занадто важкою вийде захист . Значить, реактор треба запускати на великій висоті - хоча б в парі кілометрів. Тоді повітря сам буде поглинати радіацію. А якщо літальний апарат вже на висоті і розігнаний до надзвукової швидкості, правильніше будувати маршову щабель з прямоточним двигуном. Приблизно так працювала сконструйована під керівництвом С. А. Лавочкіна крилата ракета «Буря», конкурувала колись з Р-7 за право зватися захисницею наших рубежів. Тоді крилата ракета програла: ППО удосконалювалося на очах, а ПРО існувало тільки на папері, так і в можливості бути реалізованим перехоплення балістичної ракети тоді сумнівалися багато. Зараз ситуація змінилася: ППО і ПРО перетворилися в єдиний комплекс засобів виявлення і перехоплення, і обдурити його можна лише одним способом - маневруванням. Для балістичних ракет це теж можливий спосіб, але дуже енерговитратний, адже ракета все своє паливо спалює відразу після старту, і маневрування в атмосфері можливо лише за рахунок зменшення дальності.

Ядерний прямоточний повітряно-реактивний двигун Ядерний прямоточний повітряно-реактивний двигун

Ось тут-то ядерний двигун і отримав другий шанс. Звичайно, у реактора є ресурс, і, чим жорсткіше вимоги до реактору, тим цей ресурс менше. Але навіть у «Бука» ресурс перевищував кілька місяців безперервної роботи, а крилатої ракети потрібна максимум дві доби, щоб обігнути земну кулю по максимально віддаленого від пускових установок протиракет маршруту. Ну і, оскільки це явно зброю Судного дня, економічні вимоги відступають на другий план у порівнянні навіть з «космічним буксиром». А значить, паливні стрижні покривати можна хоч іридію, хоч золотом.

А чи був хлопчик?

І все ж чи можливо це? Адже нам пообіцяли, що габарити ракети з атомним реактором не перевищать габаритів звичайної крилатої ракети великої дальності - Х-101 або того ж «Калібру». Нескладно порахувати, що ця єдина умова вбиває на корені можливість використання теплообмінників. Хоча теплообмінник «газ - газ» на такі теплові потоки, в принципі, реалізуємо, що показує проект космічного літака з використанням атмосферного кисню SABRE, в діаметр 533 мм він не впишеться ніяк. Значить, нагрів може бути тільки безпосередній, виходить, і вихлоп буде сильно радіоактивний. Отже, ймовірність того, що ніяких турбін і компресорів в цьому двигуні не буде, близька до одиниці. А прямоточний двигун нав'язує швидкість польоту в діапазоні 3-3,5 М. Приблизно як у найшвидшого літака SR-71A або крилатої ракети «Буря». Але якщо «Буря» йшла до мети на висоті 15-18 км і перед метою робила «гірку» на 35 км, виконуючи протизенітний маневр, то нинішня ракета, мабуть, також буде йти до мети на висоті близько 20 км, щоб не заразити радіацією власну територію (адже навіть після обміну ударами доведеться якось відновлювати звичайне життя), але перед метою, ймовірно, повинна буде знизитися і проривати ППО на гранично малій висоті, огинаючи рельєф. Оскільки льотчиків на ній не буде, це можна робити з прискореннями до 20 g або більше.

Резюме тут дуже просте. Якщо ця ракета дійсно існує і опубліковані про неї дані відповідають дійсності, то, незважаючи на вищу ступінь секретності, ми можемо про неї сказати досить багато:

  • вона точно використовує твердотопливную розгінну щабель і запускає реактор на великій висоті і швидкості;
  • вона точно застосовує багато технологій, створені для космічних реакторів і ядерних ракетних двигунів, включаючи використання регулюючих органів, винесених за межі активної зони, берилієвий відбивач, можливо, сповільнювач з гідриду цирконію, можливо, карбідне ядерне паливо, покрите чимось для захисту від окислення ;
  • її маршова ступінь, швидше за все, використовує прямоточний двигун з безпосереднім нагріванням, що виключає її застосування крім як в самому крайньому випадку спільно з системою «Периметр» (так називалася радянська система, яку американці назвали «Мертвою рукою»);
  • швидкість її польоту на більшій частині траєкторії повинна бути близько 3 М, а дальність - приблизно два рази «навколо кульки»;
  • навряд чи їх можна зробити досить багато, щоб замінити балістичні ракети на звичайному хімічному паливі.

Стаття «Ядерне дежавю» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №5, травень 2018 ).

А навіщо він потрібен?
А чи був хлопчик?
І все ж чи можливо це?

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода