Ракета с ядерным двигателем

Для реализации текущих и будущих авиакосмических программ по использованию ядерной энергии в силовых установках необходимы данные по механическим и физическим свойствам конструкционных материалов в условиях, близких к эксплуатационным. Применительно к ракетам с ядерным двигателем следует учитывать влияние интенсивной радиации. Другими основными факторами являются низкая температура (жидкого водорода) и высокий (космический) вакуум. [c.92]

Во многих инженерных приложениях, связанных, например, с перспективными энергетическими установками для ракет с ядерными двигателями, с полетами на больших скоростях, с возвращением на Землю космических аппаратов, приходится иметь дело со столь высокими температурами, что теплообмен излучением начинает играть важную роль. В данной главе будет рассмотрено взаимодействие излучения с конвекцией при течении прозрачной среды (т. е. среды, которая не поглощает, не испускает и не рассеивает излучение). Совместное действие конвекции и излучения в случае поглощающей, излучающей и рассеивающей Среды будет рассмотрено в гл. 13 и 14. [c.253]

РАКЕТА С ЯДЕРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ [c.208]

Ракета с ядерным двигателем 209 [c.209]

В ракете типа Фау-2 горючим служит спирт и жидкий кислород. Движение ракеты обусловливается выхлопными газами, выбрасываемыми назад. Ядерное горючее выделяет только тепло, так что ракета с ядерным двигателем должна иметь большое количество какой-то рабочей жидкости, которая, охлаждая реактор и увеличивая тем самым его к. п. д., будет через сопло выбрасываться из ракеты с большой скоростью. Наиболее подходящим веществом может служить водород, наиболее легкий из всех газов, который, естественно, здесь должен быть в жидком состоянии. [c.209]

Пи одному из этих вариантов, в том виде как они задумывались, не суждено было воплотиться в реальности. Работы над ракетами с ядерными двигателями были прекращены в конце 1959 года, когда стало ясно, что и обычный химический двигатель дает почти тот же эффект, но при этом ему не нужна сложная система защиты от радиации. [c.304]

Па этом фоне заметно выигрывают ракеты с ядерными двигателями (ЯРД), разговоры о которых ведутся с 20-х годов XX века. О них мы сейчас и поговорим. [c.659]

Однако времена изменились. Молодое космическое агентство ПАСА с первых дней существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на потом. ВВС также не проявили интереса к Ориону , поскольку не видели, каким способом этот огромный космический корабль можно использовать в военных целях. [c.744]

При взлете ракеты с ядерным двигателем полная доза радиации в любой данной точке пусковой площадки будет меньше, чем доза радиации во время длительных статических испытаний реактора равной мощности. Поэтому аварийная защита, защита испытательного оборудова- [c.540]

Однако в космонавтике может найти применение не только энергия радиоактивного распада, но и ядерная энергия связи. Уже вскоре после запуска первого советского искусственного спутника Земли американские ученые приступили к разработке программы Орион , предусматривающей создание космического ракетного двигателя, получающего тягу в результате последовательных взрывов ядерных зарядов (рис. 45). Конечно, запуск космического корабля с подобным двигателем можно осуществить с помощью обычного химического двигателя, а первый ядерный заряд взрывать уже вне пределов атмосферы. Как показали расчеты, ракета с таким двигателем при стартовой массе около 3600 т смогла бы доставить на поверхность Луны полезный груз в 680 т. Для этого потребовалось бы взорвать 800 плутониевых бомб общей массой 525 кг. В последующие годы данный проект основывался на использовании взрывов термоядерных зарядов, но в 60-х годах вся работа по программе Орион была свернута в связи с подписанием Московского договора о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Однако в ядерных ракетных [c.132]

В настоящее время только ракеты с химическими двигателями в состоянии развивать тягу, достаточную для того, чтобы, преодолевая гравитационное поле, подняться с поверхности планеты и выйти на орбиту или совершить посадку. Разрабатываются и другие типы ракетных двигателей, но среди них только двигатель, построенный на основе ядерного реактора, сравним по тяге с химическим. Для других типов двигателей (например, для ионной ракеты) характерны очень низкая тяга и большое время горения , так что энергия, необходимая для перелета из окрестности одной планеты в окрестность другой планеты, должна вырабатываться постепенно (этот процесс может длиться несколько суток). Системы с такими двигателями имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими ракетными двигателями, способными развивать большую тягу. Например, при использовании их в межпланетном полете можно понизить отношение масс и заметно сократить время перелета, особенно в случае полетов к внешним планетам Солнечной системы. [c.345]

Рассмотрим теперь движение ракеты с двигательной системой ограниченной мощности в поле центральной силы, например в поле притяжения Земли. Поскольку практически достижимая величина тяги такой системы очень мала (ионные двигатели могут сообщать ракете активные ускорения, равные лишь 10" — 10" g), мы будем предполагать, что ракета стартует не с поверхности Земли, а с некоторой начальной орбиты, куда она была предварительно выведена с помощью химической ракеты или ракеты с ядерной силовой установкой, служащей для нагрева рабочего газа. Мы будем везде в дальнейшем говорить о движении ракеты в поле Земли, хотя все сказанное в равной степени относится и к движению в поле других планет. Луны или Солнца. Таким образом, будет изучаться движение ракеты в гравитационном поле одного тела, масса которого сосредоточена в его центре. Кроме того, ограничимся рассмотрением лишь движения в плоскости. [c.297]

Процессы теплообмена при поверхностном кипении могут иметь самостоятельное значение, так как позволяют осуществлять отвод больших тепловых потоков. Они применяются при охлаждении авиационных двигателей, ракет, в ядерной энергетике и др. При дальнейшем нагревании жидкости она достигает по всему сечению температуры насыщения, и с этого момента поверхностное кипение переходит в объемное. [c.251]

Преимущества этого метода очевидны исходная масса источника тепла невелика по сравнению с массой ядерного реактора имеется возможность многократно повторять опыт, не рискуя каждый раз, что реактор выйдет из строя и появятся заражения наконец, воздухоплавателям нечего будет бояться мягкого р-излучения от ядерного источника ракеты. Таким образом, нет необходимости тащить мертвый груз в виде защиты от радиоактивного излучения — мера, которая является камнем преткновения в деле применения ядерных двигателей на поездах, самолетах и судах, перевозящих пассажиров. [c.206]

Значительно большую энергию можно получить в ракете с водородным топливом, использующей тепло ядерного реактора (см. рис. 153). Межпланетный корабль с таким двигателем был бы способен к полету за пределами Земли. Однако на пути практической реализации такого проекта стоят еще очень большие трудности конструктивного характера. [c.269]

Экспедиция по схеме рис. 167 ( 6) предусматривает по опубликованным расчетам [4.111] монтаж корабля массой 1190 т в течение 3 месяцев при посредстве 10 запусков ракет Сатурн-5 . Корабль несет 5 ядерных двигателей Нерва-2 тягой 104 тс каждый, один из которых используется при старте с Марса посадочных отсеков (для чего требуется 30,4 т водорода). Двигатели отбрасываются по мере их использования вблизи Земли, после выхода на орбиту вокруг Марса, после старта с нее. Полезная нагрузка 113 т, экипаж 8 человек. [c.456]

В принципе возможна посылка на Марс космического корабля без его монтажа на околоземной орбите. Для этого необходимы носитель класса ракеты Нова (способный выводить на низкую орбиту полезную нагрузку 450 т), непременное использование ядерных двигателей на межпланетном корабле и обязательный спуск на Марс не всего корабля, а небольшого отсека с людьми. При этом, конечно, обязательно аэродинамическое торможение при спусках на Марс и на Землю [4.101]. [c.456]

Таким образом, рождается силовая схема с несущими баками. Топливные баки должны удовлетворять условиям прочности только при регламентированных, заранее определенных нагрузках и тепловых режимах активного участка. После выключения двигателя происходит отделение головной части, снабженной собственным аэродинамическим стабилизатором. С этого момента корпус ракеты с уже выключенной двигательной установкой и головная часть летят практически по общей траектории, раздельно и не имея определенной угловой ориентации (рис. 2.2). При входе в плотные слои атмосферы корпус, обладающий большим аэродинамическим сопротивлением, начинает Отставать, разрушается, и его части падают, не долетая до цели. Головная часть стабилизируется, сохраняет относительно высокую скорость и доносит боевой заряд в заданную точку. При такой схе.ме. понятно, кинетическая энергия массы ракеты не включается в эффект боевого действия. Однако снижение общего веса конструкции позволяет компенсировать эту потерю увеличением полезной нагрузки, В случае же перехода к ядерной [c.53]

Это очень интересный и перспективный двигатель. В нем используется энергия большого числа небольших ядерных зарядов (в том числе и термоядерных), находящихся на борту ракеты. Эти ядерные заряды последовательно выбрасываются из ракеты и на некотором расстоянии за ней взрываются. При каждом взрыве часть расширяющихся газообразных продуктов в виде плазмы с высокой плотностью и скоростью ударяет об основание ракеты - толкающую платформу. [c.22]

И, наконец, третий вариант представлял собой носитель сверхтяжелого класса со стартовой массой 2000 тонн и массой полезного груза, выводимого на орбиту, в 150 тонн. Эго в принципе и был прообраз той ракеты, которая впоследствии стала известна под обозначением П-1 . Первую и вторую ступени предполагалось выполнить в виде конуса, что позже и было использовано в конструкции П-1 . Па первой ступени размещались 24 двигателя ПК-9 конструкции Кузнецова с тягой в 52 тонны каждый. Вторая ступень имела четыре ядерных двигателя с общей тягой в 850 тонн. [c.304]

С проблемой подвода и отвода тепла инженеры встречаются на каждом шагу. Работает атомная электростанция — значит, в ядерном реакторе выделяется огромное количество тепловой энергии, которое надо как можно быстрей вывести наружу для превращения в электричество. Крутится электромотор, пыхтит двигатель внутреннего сгорания, горит радиолампа, ракета врезается в атмосферу — здесь мы уже имеем дело с вредным нагревом, когда от тепла надо побыстрее избавиться. Неудивительно, что теплотехники на протяжении многих десятилетий ломают головы, пытаясь ускорить движение медлительных тепловых потоков. Но несокрушимым препятствием на этом пути всегда была исключительно низкая теплопроводность природных материалов. Возьмем, например, медь. Чтобы пропускать по медному стержню диаметром 2—3 сантиметра и длиной менее полуметра всего 10 киловатт тепловой энергии, нужен огромный термический напор . Один конец стержня пришлось бы раскалить втрое горячее поверхности Солнца, фактически превратить в пар, тогда как другой должен был бы сохранять комнатную температуру. А ведь медь считается одним из лучших проводников тепла. Что касается тепловой трубки , то при тех же размерах она пропустит такую энергию почти без сопротивления, и разность температур между ее концами практически не удастся даже измерить. Аналогичную теплопроводность могла бы иметь только медная глыба диаметром в три метра и весом 40 тонн. [c.19]

Таким образом, эффективность и надежность конструкции и последующей работы многих механических систем в значительной степени связаны с фреттингом. Например, фреттинг представляет опасность для военных и гражданских наземных транспортных средств, систем вооружения, кораблей и подводных лодок, вертолетов, авиационных двигателей, турбин и компрессоров, корпусов самолетов,. элементов ракет, ядерных силовых установок, точных инструментов, отдельных органов и систем управления, передаточных механизмов, различных соединений и многих других разнообразных машин и их деталей. [c.477]

Осуществление ядерных реактивных двигателей, предназначенных для самолетов, прямоточных воздушно-реактивных или турбореактивных двигателей (фиг. 138) основано на общих принципах, уже изложенных в связи с описанием ракет. [c.211]

Чистый молибден и сплавы на его основе служат конструкционными материалами ядерных реакторов. Жаропрочность их сочетается с малым сечением захвата тепловых нейтронов. Обычно применяемые здесь легирующие добавки титан, цирконий, ванадий и ниобий. Подобные сплавы употребляют как жаропрочные материалы для изготовления лопаток турбин, деталей реактивных двигателей и ракет. [c.323]

Вычислите продольное распределение плотности теплового потока, который нео-бходимо опводить от стенки сопла ракеты с ядерным двигателем (задача 7-9, рис. 7-3), чтобы поддерживать температуру внутренней яаверхности сопла равной 1 100 °С. Существенно ли повлияет на это распределение черное излучение от тела с температурой 2 200°С (из центральной части реактора), падающее на внутреннюю поверхность конфузорной части сопла (также абсолютно черную) [c.350]

Сплав А453 обычно применяют при повышенных температурах, так как он имеет превосходные прочность, сопротивление ползучести и окислению в этих условиях. Сплав используют для деталей крепежа, дисков и лопаток турбин, деталей форсажных камер реактивных двигателей. Он был применен в качестве криогенного материала в космической технике. Многие металлы с г. ц. к. решеткой являются прекрасными материалами для использования их при низких температурах, а сплав А453 содержит достаточно никеля для стабилизации аустенита при таких температурах. Поэтому его рассматривают в качестве конструкционного материала для ракет с ядерными силовыми установками, где необходимы исключительно высокие характеристики как при низких, так и при повышенных температурах. Сплав считается перспективным материалом для его применения при температуре 4К. Аустенитные нержавеющие стали серии 300 уже используют в прототипах сверхпроводящего оборудования сплавом А453 предполагают заменять их в [c.321]

В ирипципе почти во всех воздушно-реактивных установках можно использовать ядерные реакторы. Мы можем представить, что ядерные реакторы могут заменить камеру сгорания в газотурбинном или прямоточном воздушно-реактивном двигателе или бойлер в паровом двигателе. Задача реактора в этом случае заключается в добавке теплоты в воздух или водяной пар. Основная проблема состоит в том, чтобы найти методы, которые выводят теплоту из реактора и переносят ее в воздух или нар нри достаточно высокой температуре иначе КПД невысокий, и установка становится громоздкой. Это иредиолага-ет технологические проблемы высокой сложности. Для пилотируемых летательных аппаратов вопрос экранирующей оболочки, т. е. вопрос защиты экипажа или пассажиров от влияния радиации, особо важен. Материалы также должны быть защищены от радиоактивной коррозии. Для создания ядерного ракетного двигателя нужно подумать об ис-пользовапии струй продуктов деления непосредственно для тягового усилия. Предлагалась также ракета с фотонным двигателем. В такой установке из ракеты пе вытесняется масса. Давление излучения направлено на получение тяги. В настоящее время представляется более перспективным использование рабочей жидкости, возможно с низким [c.184]

Интересно, что в 1955-57 годах в ОКБ-301 велось предэскизное проектирование экспериментальной крылатой атомной ракеты с ядерным прямоточным воздушно-ре-активным двигателем конструкции Бондарюка. Работы по проекту 375 не получили значительного развития — крылатая атомная ракета получилась слишком большой. [c.89]

В 50-е годы на волне эйфории, вызванной созданием и вводом в эксплуатацию мошных атомных электростанций, появилось много проектов транспортных систем, исполь-зуюших энергию ядерного деления. Планировалось оснастить такими двигателями морские и речные суда, самолеты и даже автомобили. Активно обсуждалась и идея создания ракет с атомными двигателями. [c.660]

Роберт Зубрин также рассматривает вариант экспедиции, при котором в качестве третьей ступени ракеты Ape используется космический корабль с ядерным двигателем. В этом случае масса полезного груза, доставляемого на Марс, увеличивается на 50%. И тогда появляется возможность организовать на красной планете перемещаемую базу, которая будет буквально перепрыгивать с места на место, позволив экипажу за 550 дней изучить 18 районов Марса. [c.788]

Указанные ограничения не распространяются на ракеты с ядерными силовыми установками. В ядерном ракетном двигателе рабочее тело — газ — нагревается в теплообменнике ядерного реактора (см. гл. 15) и затем ускоряется в процессе адиабатического расширения, причем здесь отпадают те жесткие весовые нормы, которые связаны с получением электроэнергии. Плотность выделения энергии в реакторе может быть очень высокой. Примером может служить ядерный реактор для испытания материалов Американской комиссии по атомной энергии, который хотя и предназначен для иных целей, но тем не менее показывает те высокие значения плотности выделения энергии, какие могут быть достигнуты практически [51. Объем рабочей зоны этого реактора равен примерно 1/6 м , плотность вещества 2 г/см и выделяемая мощность около 40 ООО кет. Отсюда удельный вес реактора (без учета системы экранировки) будет а 0,01 кгЫвт, что уже не так сильно отличается от данных табл. 7.2. [c.274]

Сравнение баллистической ракеты и ракеты малой тяги. В этом разделе мы займемся сравнением грузоподъемности баллистической ракеты и ракеты с малой тягой (см. [10] и [13—17], где рассматриваются баллистические траектории космических полетов). Под баллистическими ракетами понимаются ракеты, достигаюш,ие больших приростов скорости за короткое время работы двигателя, как это имеет место в обыкновенных химических ракетах или ракетах с ядерным теплообменником. При облетной экспедиции к JVIap y баллистическая ракета должна получить по крайней мере четыре импульсных приращения скорости, а именно [c.320]

Золото, продолжая оставаться денежным эквивалентом, входит во многие сплавы с серебром, платиной, медью, никелем, оловом, в том числе применяемые за рубежом при монтаже реактивных двигателей, ракет и ядерных реакторов. Чистый металл с его высокой отражательной способностью и коррозионной стойкостью может служить прекрасным покрытием, хорошо отражающим свет. Известно, что первые американские спутники покрывали слоем золота толщиной в несколько тысячных или сотых долей микрометра. Использование металла для зубных протезов постепенно сокращается для этого разработано несколько заменяющих сплавов однако они пока еще остаются менеее привлекательными. [c.271]

Ядерные жидкостно-ракетны двигатели (Яд. ЖРД). Недостаточная энерго емкость химич. источников ограничивает примене ние ракет с двигателями на химич. топливе дл дальних космич. полетов. При ядерной реакци энерговыделение ядерного топлива на много порядно превосходит возможное эперговыделенис того же ве сового количества химич. топлива. [c.380]

Сложные межпланетные экспедиции требуют для своего осуществления большой начальной массы стартующего с околоземной орбиты корабля. Как видно из приводившихся выше многочисленных расчетов, даже использование такой мощной ракеты-носителя, как Сатурн-5 , требует многих стартов с Земли для сборки одного корабля на орбите. Использование орбитального самолета Шатл сделает всю операцию, возможно, более дешевой, но, пожалуй, еще более громоздкой количество запусков увеличится примерно в пять раз. Поэтому не прекращаются исследования по разработке носителей, способных выводить на низкую околоземную орбиту значительно большие нагрузки, вплоть до 2000 т [4.126]. Важнейшую роль должно сыграть использование воздушно-реактивных двигателей, а на верхних ступенях — ядерных двигателей, особенно жидко- и газофазных. [c.465]

Ядерный двигатель, работающий на термическом принципе, пока М0Ж 10 представить себе лишь как некоторую предположительную схему двигателя с отделенным от источника энергии запасом рабочего тела, Ядерное топливо — носитель высококои-центрированной энергии. На борту ракеты должен быть предусмотрен еще и специальны запас массы рабочего тела. Свойства его очевидны. Оно должно обладать способностью поглотить максимум энергии при ограниченной температуре, т. е. иметь высокую теплоемкость. [c.198]

Напротив, примеры, представленные на рис. 6.63, подчеркивают важность использования плазменных и ионных двигателей для быстрых разведывательных полетов во внешнюю область солнечной системы, так как они позволяют достигнуть начальных ускорений порядка 6-10 " g и более. Использование таких систем для полетов во внутренней области солнечной системы представляется целесообразным лишь для малоскоростных грузовых ракет, служащих для доставки полезных грузов большой величины к планетам назначения (задачи 5-й группы). Быстрые пассажирские перелеты, по-видимому, удобнее осуществлять с помощью двигательных систем с ядерным нагревом. Наряду с системами непосредственного ядернога нагрева существуют промежуточные системы с дуговым нагревом (низко-проводящая плазма), позволяющие достигнуть ускорений до 10 g, достаточных для осуществления быстрых перелетов во внутренней области солнечной системы (по крайней мере, например, к Марсу) удельный импульс таких систем может, в принципе, превзойти удельный импульс систем с непосредственным ядерным нагревом. Реализация этих возможностей существенно зависит от дальнейшего улучшения элементов конструкции таких систем, а также от усовершенствования методов превращения энергии и создания легковесного и высокоэффективного электрооборудования. Обсуждение этих вопросов выходит за рамки настоящего изложения. [c.238]

Критическая масса ракеты, расчет которой был произведен в предыдущем разделе, весьма велика, порядка 1000 т. Есть основания полагать, что в не слишком отдаленном буд тцем можно будет говорить об уменьшении этой величины до 100 т. Следует сказать несколько слов о том, каковы возможные пути уменьшения критических размеров. Естественно заключить, что для уменьшения критического размера реактора можно применить отражатель. Однако следует иметь в виду, что при констр ирова-нии таких ядерных установок, какой является ядерная ракета, ядерный реактивный двигатель, ядерный турбореактивный двигатель, одним из важнейших факторов, определяющих общие свойства машины, является вес двигателя. Вес должен быть сведен к минимуму. Поэтому, если с применением отражающей оболочки удельный вес двигателя, т. е. вес, приходящийся на единицу производимой этим двигателем энергии, при этом увеличивается, то это означает, что применять отражатель невыгодно. Элементарный подсчет показывает, что если отражающий слой тонок, так что толщина его того же порядка, что и средняя длина поглощения материала отражателя для нейтронов, то критический размер реактора уменьшается приблизительно на толщину отражающей оболочки. Другими словами, общий размер реактора, считая вместе с отражающим слоем, остается приблизительно таким же, как и для случая реактора без отражателя. Для реактора, рассмотренного в предыдущем разделе, средняя плотность материалов равна всего 0,68 г/см . Если в качестве отражающей оболочки применить бериллий, то плотность материала отражателя будет [c.204]

Пульсирующие ЯРД [1.13, 1.15, 1.17, 1.18]. В этих двигателях энергия атомного взрыва должна испарять рабочее тело. По проекту Орион [1.13] (см. также Missiles and Ro kets, 14. ХП. 1964) космическая ракета диаметром 10 м и массой 90 т после выведения ее на орбиту ракетой-носителем Сатурн-5 разгоняется посредством ядерных взрывов, производящихся позади мощного стального днища. Достигается скорость истечения 10 км/с при реактивном ускорении 10 —10 g. По проекту фирмы Мартин [1.18] взрывы ядерных капсул мощностью, эквивалентной 10 т тринитротолуола, внутри камеры диаметром 40 м должны, испарив 935 т воды, вывести на околоземную орбиту нагрузку 160 т (на нижней ступени используется связка из девяти ЖРД F-1), а в будущем — даже 13 000 т. По некоторым предположениям [1.17] взрывы атомных бомб позволят достичь скорости истечения, в 10 раз большей, чем у химических ракет. Есть и более оптимистичные прогнозы, связанные с использованием термоядерных зарядов. Однако опасность радиоактивного заражения атмосферы и заключение договора о прекращении ядерных испытаний в атмосфере, в космосе и под водой, привели к прекращению финансирования упомянутых проектов в США, хотя двигатель типа Орион еще продолжает упоминаться в литературе. [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...