6 вещей, которые вы должны знать о ядерном тепловом двигателе (NTP)

809

NASA хочет отправить астронавтов на Марс, и они могли бы сделать это с помощью ядерных ракетных двигателей.

DARPA выбрала Blue Origin и Lockheed Martin для разработки космического корабля для демонстрации ядерных двигателей

Siera Space предоставит услуги по интеграции для новой системы с ЯРД в рамках программы DRACO DARPA

Nuclear thermal propulsion and how it works.

Перевод 6 Things You Should Know About Nuclear Thermal Propulsion

1. Системы NTP работают на расщеплении

Системы NTP работают за счет прокачки жидкого рабочего тела (пропеллента), наиболее вероятно, водорода, через активную зону реактора. Ядра урана расщепляются и выделяют тепло в результате деления. Этот физический процесс нагревает пропеллент и превращает его в газ, который расширяется через сопло для создания тяги.

2. Системы NTP более эффективны, чем химические ракеты

Инженеры измеряют эту производительность как удельный импульс (время, в течение которого двигатель может развивать тягу в 1 кгc, используя массу топлива в 1 кг), то есть количество тяги, которое вы можете получить от определенного количества пропеллента. Удельный импульс химической ракеты, которая сжигает жидкий водород и жидкий кислород, составляет 450 секунд, что составляет ровно половину от начального целевого значения для ядерных ракет (900 секунд).

3. Системы NTP не будут использоваться при запуске

Системы NTP не будут использоваться на Земле. Вместо этого они будут запущены в космос химическими ракетами, прежде чем они будут включены. Системы NTP не предназначены для создания тяги, необходимой для взлета с поверхности Земли.

4. NTP обеспечивают большую гибкость

Системы NTP предлагают большую гибкость для миссий в дальний космос. Они могут сократить время полета на Марс до 25% и, что более важно, ограничить воздействие космического излучения на экипаж. Они также могут обеспечить более широкие окна запуска, которые не зависят от положения на орбите, и позволяют астронавтам прерывать миссии и при необходимости возвращаться на Землю.

5. Системы NTP были разработаны при поддержке Министерства энергетики США (DOE).

NTP не новая технология. NTP была изучена NASA и Комиссией по атомной энергии (ныне Министерство энергетики США) в 1960-х годах в рамках программы NERVA. За это время ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории помогли успешно построить и испытать ряд ядерных двигателей, на которых базируются нынешние конструкции NTP.

Хотя программа завершилась в 1972 году, исследования продолжались с целью улучшения базовой конструкции, материалов и пропеллента, используемых для систем NTP.

6. Системы NTP ориентированы на использование низкообогащенного урана

DOE работает с NASA, чтобы помочь испытать, разработать и оценить возможность использования новых видов топлива, которые требуют меньшего обогащения урана для систем NTP. Это топливо может быть изготовлено с использованием новых передовых технологий производства и потенциально может помочь снизить связанные с безопасностью расходы, которые возникают при использовании высокообогащенного топлива.

Национальная лаборатория Айдахо в настоящее время помогает NASA разрабатывать и испытывать топливные композиты на своей установке для испытаний Transient Reactor Test (TREAT), чтобы проверить, как они работают при высоких температурах, необходимых для NTP.

Узнайте больше о работе NASA с ядерными тепловыми двигателями и исс роли DOE в освоении космоса.

89 Comments

Show All

Please, into your profile to comment posts, make bookmarks and rate other users. It takes two clicks to create a profile or log in.

Сер 07, 2021 14:50

Они могут сократить время полета на Марс до 25% и, что более важно, ограничить воздействие космического излучения на экипажЗаменив его действием на экипаж излучения реактора 🙂

Сер 07, 2021 18:51

Ну, думаю там предусмотрена защита от излучения реактора.

Сер 07, 2021 20:50

С таким же успехом можно сказать “думаю там предусмотрена защита от космического излучения”…
Дело в том, что человек может находиться под действием космического излучения часами почти без защиты (выходы астронавтов на поверхность Луны) и без заметного вреда для здоровья. А вот возле действующего ядерного реактора без многометровой защиты человек за несколько часов просто умрёт…
На МКС дозу радиации оценивают в среднем в 500 мкЗв за сутки. Вот тут на фотографии показания в мкЗв/час уровня излучения от реактора мощностью всего лишь 2,5 МВт через 7 метров воды:
https://thealphacentauri.net/wp-content/uploads/2020/12/activnaya_zona_2.jpg
Т.е. через 7 метров воды от такого “дохлого” реактора облучение всё равно в 40 раз выше космического облучения на борту МКС!
А ведь ЯРД – это мощности на два порядка выше! С ними и излучение на два порядка мощнее…
Радиационная безопасность с самого начала была одной из главных проблем ЯРД. И пока что-то не слышно о каких-то фундаментальных прорывах в области создания лёгкой и эффективной радиационной защиты.

Сер 07, 2021 19:38

Теневая защита разве настолько массивна? а после торможения у Земли, уводить на орбиту захоронения – гелиоцентрическую/ронять на Солнце. А вообще связка СБ+Wasimr лучше.

Сер 07, 2021 20:34

Да, очень-очень массивна.
Во всяком случае если мы хотим сделать облучение меньше, чем 25% от космического облучения (чтобы двигатель снижал дозу, а не повышал).

Сер 08, 2021 20:00

Чем лучше?

Сер 07, 2021 20:36

Между кабиной экипажа и двигателем будет находить бак с рабочим телом (как правило жидким водородом). По крайней мере от нейтронов это защитит. Плюс ко всему это увеличивает расстояние от кабины экипажа до реактора

Сер 07, 2021 20:53

Во-первых, по мере полёта защита от нейтронов будет быстро ослабевать.
Во-вторых, от гамма-излучения водород по сути не защищает вообще.

Сер 07, 2021 22:50
Сер 07, 2021 18:52

Почему и Маску не поручили создать ядерный двигатель тоже, в порядке конкурентности? Опять эти “старые связи”?

Сер 07, 2021 19:11

Коррупция… тьху – простите протекционизЬм… ВО Ньюглен не асилили.
Там считают, что все доручать одной компании некарашо. Обе конторы будут делать неядерную часть РД, а ядерку будет Минь Энергетики США и разные Ливерморские лаборатории. Отрабатывать будут нагревая ТЭН-ы электричеством.

Сер 07, 2021 21:41

Атомку будет делать General Atomics

Сер 07, 2021 19:30

А Маск разве заявлялся на такой конкурс, по ядерным двигателям? Я не нашёл такой инфы. Мне показалось, что он по уши занят в своих нынешних проектах, а ядерные двигатели слишком отдельная и сложная тема, чтобы заниматься этим походя, между делом. И я бы хотел посмотреть на того человека, который что-то может “поручить” Маску, ну исключая его близких ))

Сер 07, 2021 21:42

Там не было конкурса, там была другая пройцедура

Сер 07, 2021 22:55

Согласен.
Маск заявил: лучшие детали это отсутствие оных.
Так что химия пока рулит, они проще, тем более без нее не взлетишь.

Сер 08, 2021 00:33

Правильно пускай Джефф займется ЯРД, он вед НьюГленн уже создал? В смысле проплатил создание? 🙁

Сер 07, 2021 20:39

У spacex просто нет ядерщиков. Да и дело это – довольно опасное. Ведь испытывать его нужно на полигоне, а тут еще FAA со своими придирками насчет экологии…Впрочем, не исключено, что мы когда-нибуль и увидим ядерный starship

Сер 07, 2021 21:44

BO & LM получили гроши (до 3 лямов вечнозеленых) на разработку концепта проекта.
PS чисто для справку – на доработку BE-4 выделили 220+ лямов федеральных денег…

Сер 07, 2021 22:46

Ахфигеть… да там пильщики тоже знатные собрались, на доверии. А говорят – лобби, лобби…

Сер 17, 2021 15:49

Кто доверит реактор частной компании?

Сер 17, 2021 15:56

Тю, а что тут такого?
Вы точно не из Снигерии или КНДР? 😉

Вер 08, 2021 09:17

А что не так с частными компаниями, на клятом и «загнивающем» Западе все частное. Есть лицензия и компетенция – занимайтесь. Нету чего хоть одного – заськи/дзуськи!

Сер 08, 2021 03:11

Технология 60х годов, но при этом так и не применена. В союзе был аналогичный проект и тоже не применили.
Ресурс таких движков низкий. Не знаю насколько хватит но если на 1 полет то дороговизна реактора сьест всю экономию.

Электрический ядерный буксир перспективнее не смотря на низкую тягу.

Сер 08, 2021 08:07

Технология 60х годов ЯРД NTP как идея впервые была исследована в 60-х. Но нынешняя реализация использует современные технологии, а не технологии 60-х.

Ресурс таких движков низкий.Движков еще нет, поэтому Ваше утверждение не имеет смысла.

Электрический ядерный буксир перспективнее не смотря на низкую тягу.Только для полетов во внешнюю солнечную систему. Для полетов к Луне точно уступает ЯРД. Мы это уже обсуждали. Повторяться не имеет смысла.

Сер 16, 2021 11:08

А что если сделать гибрид ЯРД и ЭРД для полетов во внешнюю солнечную систему? ЯРД разгоняет корабль до например 16 км/с, а далее двигатель работает как реактор, вырабатывая энергию для ЭРД, которые уже медленно ускоряют его в течении половины полёта ( другая половина – на торможение, а дальше – торможение с помощью ЯРД). Не исключено что реактор можно использовать для дополнительного нагрева рабочего тела в случае использования магнитоплазменнях ракетных двигателей.

Сер 08, 2021 12:41

”Электрический ядерный буксир перспективнее не смотря на низкую тягу.”
Далеко не так. На данный момент у мощностей выше 0,5 МВт начинаются проблемы с охлаждением, а у мощностей выше 1 МВт проблемы уже огромные и на данный момент технически не решённые.

По подсчётам, тот же VASIMR, для полёта к Марсу за 39 суток, должен МИНИМУМ обладать реакторами на 40 МВт.

Конечно, вид такого корабля также не тот, что нам показывают на выставках ТЭМа.
Больше похоже на классический корабль, облепленный баками, ибо топливо тратится ощутимо больше… Звиздец, как ощутимо больше.

И всё это дело разработчики VASIMR считали, само собой, без учёта тяги на массу радиаторов (её они даже не считали) и с доставкой на Марс небольшой посадочной капсулы..
Посчитать сюда радиаторы и с классическими он, вообще, никогда с НОО не улетит.
А с “магитех-капельными”, может быть, через годик другой доковыляет.

Да и мощность там будет уже далеко не 40 МВт… И даже не 80…

Так что, на данный момент ЯРД остаётся единственным реальным видом транспорта до Марса.
А всякие там электрические ядерные буксиры точно также с 60-х годов делают и всё также никак не сделают.
И вопрос, сделают-ли. Ибо что-то пока в направлении теплоотвода в вакууме никаких подвижек не намечается на ближайшие лет 50. А там, может, уже и термояд освоят. А там и ТЯРД, после которых ионники будут изредка встречаться на аппаратах не развитых стран, только что вышедших в космос.

Сер 08, 2021 13:25

Так что, на данный момент ЯРД остаётся единственным реальным видом транспорта до Марса.А что скажете по поводу радиационной защиты ? см. комменты выше

Сер 08, 2021 14:33

А там, может, уже и термояд освоят.Есть соображения, что даже на Земле скоро не освоят, куда там космос…
https://naked-science.ru/article/nakedscience/noneedforfusion

Сер 08, 2021 15:50

Почему-то никто не обращает внимания, что замечательный удельный импульс 900 с получается только, если использовать в качестве реактивной массы водород, который выкипает при температуре >30К, так что двигатель будет применим или в поясе Койпера, или только если расходовать массу быстрее, чем она выкипает
(инженерный вопрос к знающим, как долго будут выкипать, скажем 10 или 100 т жидкого водорода, считая, расстояние до Солнца, как у Земли, теплоизоляцию баков реалистичную, ну и наличие в составе корабля ядерного реактора))
И тогда уже не может идти речи об использовании его для входа на орбиту, напр. Марса.

Или использовать в качестве реактивной массы какое-то другое вещество, способное оставаться при 273К в жидком состоянии, хотя бы и под давлением? (напр. аммиак или метан, хотя тогда удельный импульс будет заметно скромее)
http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist2.php#ntrsolidcore

Сер 09, 2021 15:55

Что, кроме религии, мешает поддерживать в баках нужную температуру? Термосы изобрели чёрт знает когда, радиаторы тоже ещё пробабушки видели…

Сер 10, 2021 15:04

2й закон термодинамики например? даже хорошо теплоизолированный термос всё равно будет пропускать внутрь тепло. Радиатор, чтобы сбрасывать тепло, должен иметь температуру не ниже равновесной температуры в округе (на расстоянии Земли от Солнца -5С). Даже если сможет, то интенсивность теплового излучения пропорциональна 4й степени температуры, т.е. радиатор температурой 30К будет иметь в 10 000 раз большую площадь, чем 300К. Т.е. такой площади, что сам корабль на их фоне потеряется.
Впрочем, вопрос действительно в скорости выкипания.