Redan i de tidiga stadierna av utvecklingen av raket- och rymdindustrin dök de första förslagen för användning av olika kärntekniker upp. Olika tekniker och enheter föreslogs och utarbetades, men bara några av dem nådde den faktiska driften. I framtiden väntas införandet av helt nya lösningar.
Den första i rymden
1954 skapades den första radioisotop -termoelektriska generatorn (RTG eller RTG) i USA. Huvudelementet i en RTG är en radioaktiv isotop som sönderfaller naturligt med frisättning av termisk energi. Med hjälp av ett termoelement omvandlas termisk energi till elektrisk energi, som levereras till konsumenterna.
Den största fördelen med RTG är möjligheten till långsiktig drift med stabila egenskaper och utan underhåll. Livslängden bestäms av halveringstiden för den valda isotopen. Samtidigt kännetecknas en sådan generator av låg effektivitet och uteffekt, och behöver också biologiskt skydd och lämpliga säkerhetsåtgärder. RTG har dock funnit tillämpning inom ett antal områden med särskilda krav.
1961 skapades en SNG 3B-typ RTG i USA med 96 g plutonium-238 i en kapsel. Samma år gick Transit 4A -satelliten, utrustad med en sådan generator, i en bana. Det blev det första rymdfarkosten i jordens bana som använde kärnklyvningsenergi. 1965 lanserade Sovjetunionen Kosmos-84-satelliten, sin första Orion-1 RTG-enhet med polonium-210.
Därefter använde de två supermakterna aktivt RTG för att skapa rymdteknik för olika ändamål. Till exempel har ett antal Mars -rovers under de senaste decennierna drivits av förfall av radioaktiva element. På samma sätt tillhandahålls strömförsörjningen för uppdrag som rör sig bort från solen.
I mer än ett halvt sekel har RTG: er bevisat sin kapacitet inom ett antal områden, inkl. inom rymdindustrin, även om de förblev ett specialiserat verktyg för specifika uppgifter. Men i en sådan roll bidrar radioisotopgeneratorer till industrins utveckling, forskning etc.
Kärnraket
Strax efter starten av rymdprogram började de ledande länderna utarbeta frågan om att skapa en kärnraketmotor. Olika arkitekturer har föreslagits med olika driftsprinciper och olika fördelar. Till exempel, i det amerikanska projektet Orion, föreslogs en rymdfarkost som använder en chockvåg av lågkrafts kärnstridsspetsar för att accelerera. Dessutom hölls på att utforma ett mer bekant utseende.
På femtio- och sextiotalet utvecklade NASA och närstående organisationer NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) -motorn. Dess huvudkomponent var en kärnreaktor med öppen cykel. Arbetsvätskan i form av flytande väte måste värmas upp från reaktorn och matas ut genom munstycket, vilket skapar dragkraft. En kärnmotor av detta slag var överlägsen i konstruktionsprestanda jämfört med traditionella kemiska bränslesystem, även om den var farligare i drift.
NERVA -projektet testades för olika komponenter och hela monteringen. Under testerna slogs motorn på 28 gånger och arbetade i nästan 2 timmar. Egenskaperna bekräftades; det fanns inga väsentliga problem. Projektet fick dock ingen vidareutveckling. I början av sextiotalet och sjuttiotalet blev det amerikanska rymdprogrammet allvarligt inskränkt och NERVA -motorn övergavs.
Under samma period utfördes liknande arbeten i Sovjetunionen. Ett lovande projekt föreslog användning av en motor med en reaktor som värmer arbetsvätskan i form av flytande väte. I början av sextiotalet skapades en reaktor för en sådan motor, och senare började arbetet med resten av enheterna. Under lång tid fortsatte testning och utveckling av olika enheter.
På sjuttiotalet klarade den färdiga RD-0410-motorn en rad avfyrningstester och bekräftade dess huvudsakliga egenskaper. Projektet fick dock ingen vidareutveckling på grund av den höga komplexiteten och riskerna. Den inhemska raket- och rymdindustrin fortsatte att använda "kemiska" motorer.
Rymdbåtar
Under ytterligare forskning och designarbete i USA och i vårt land kom de fram till att det är olämpligt att använda motorer av typen NERVA eller RD-0410. 2003 började NASA testa en grundläggande ny arkitektur för ett rymdfarkoster med ett kärnkraftverk. Projektet fick namnet Prometheus.
Det nya konceptet föreslog att en rymdfarkost skulle byggas med en fullfjädrad reaktor ombord för att generera elektricitet, samt en jonmotor. En sådan apparat kan hitta tillämpning i långdistansforskningsuppdrag. Utvecklingen av "Prometheus" visade sig dock vara oöverkomligt dyr, och resultaten förväntades bara inom en avlägsen framtid. År 2005 stängdes projektet på grund av brist på framtidsutsikter.
2009 började utvecklingen av en liknande produkt i Ryssland. "Transport- och kraftmodulen" (TEM) eller "rymdbåten" ska ta emot ett kärnkraftverk av en megawattklass tillsammans med en ID-500-jonmotor. Rymdfarkosten föreslås monteras i jordbana och användas för transport av olika laster, acceleration av andra rymdfarkoster, etc.
TEM -projektet är mycket komplext, vilket påverkar dess kostnad och tidpunkt. Dessutom fanns det många organisatoriska problem. I mitten av tiondelarna togs emellertid enskilda komponenter i TEM ut för testning. Arbetet fortsätter och kan i framtiden leda till att det uppstår en riktig "rymdbåt". Konstruktionen av en sådan apparat är planerad till tjugotalets andra hälft; idrifttagning - år 2030
I avsaknad av allvarliga svårigheter och tidig uppfyllelse av alla planer kan TEM bli världens första produkt i sin klass som tas i bruk. Samtidigt finns det en viss tidsmarginal, samtidigt som man utesluter möjligheten att konkurrenterna kommer i rätt tid.
Perspektiv och begränsningar
Kärnteknik är av stort intresse för raket- och rymdindustrin. Först och främst kan kraftverk av olika klasser vara användbara. RTG har redan funnit tillämpning och är fast förankrade på vissa områden. Fullvärdiga kärnreaktorer används ännu inte på grund av deras stora dimensioner och massa, men det finns redan utveckling på fartyg med sådan utrustning.
I flera decennier har de ledande rymd- och kärnkraftsmakterna utarbetat och testat ett antal originalidéer i praktiken, bestämt deras livskraft och hittat de viktigaste användningsområdena. Sådana processer fortsätter till denna dag och kommer förmodligen snart att ge nya resultat av praktisk karaktär.
Det bör noteras att kärnteknik inte har blivit utbredd inom rymdsektorn, och det är osannolikt att denna situation kommer att förändras. Samtidigt visar de sig vara användbara och lovande inom vissa områden och projekt. Och det är i dessa nischer som den tillgängliga potentialen redan förverkligas.
