Para skeptis berpendapat bahwa penciptaan mesin nuklir bukanlah kemajuan yang signifikan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi, tetapi hanya sebuah “modernisasi ketel uap”, di mana alih-alih batu bara dan kayu bakar, uranium bertindak sebagai bahan bakar, dan hidrogen bertindak sebagai bahan bakar. fluida kerja. Apakah NRE (mesin jet nuklir) sudah tidak ada harapan lagi? Mari kita coba mencari tahu.
Roket pertama
Semua pencapaian umat manusia dalam eksplorasi ruang dekat Bumi dapat dengan aman dikaitkan dengan bahan kimia mesin jet. Pengoperasian unit daya tersebut didasarkan pada konversi energi reaksi kimia pembakaran bahan bakar dalam oksidator menjadi energi kinetik aliran jet, dan akibatnya, roket. Bahan bakar yang digunakan adalah minyak tanah, hidrogen cair, heptana (untuk mesin roket propelan cair (LPRE)) dan campuran terpolimerisasi amonium perklorat, aluminium dan besi oksida (untuk mesin roket propelan padat (SDRE)).
Sudah menjadi rahasia umum bahwa roket pertama yang digunakan untuk kembang api muncul di Tiongkok pada abad kedua SM. Mereka naik ke langit berkat energi gas bubuk. Penelitian teoritis ahli senjata Jerman Konrad Haas (1556), jenderal Polandia Kazimir Semenovich (1650), dan Letnan Jenderal Rusia Alexander Zasyadko memberikan kontribusi yang signifikan terhadap perkembangan teknologi roket.
Ilmuwan Amerika Robert Goddard menerima paten atas penemuan roket berbahan bakar cair pertama. Peralatannya, dengan berat 5 kg dan panjang sekitar 3 m, menggunakan bensin dan oksigen cair, membutuhkan waktu 2,5 detik pada tahun 1926. terbang 56 meter.
Mengejar kecepatan
Pekerjaan eksperimental yang serius pada pembuatan mesin jet kimia serial dimulai pada tahun 30-an abad yang lalu. Di Uni Soviet, V.P. Glushko dan F.A. Tsander dianggap sebagai pionir konstruksi mesin roket. Dengan partisipasi mereka, unit daya RD-107 dan RD-108 dikembangkan, yang memastikan keunggulan Uni Soviet dalam eksplorasi ruang angkasa dan meletakkan dasar bagi kepemimpinan masa depan Rusia di bidang eksplorasi ruang angkasa berawak.
Selama modernisasi mesin turbin cair, menjadi jelas bahwa kecepatan maksimum aliran jet secara teoritis tidak boleh melebihi 5 km/s. Ini mungkin cukup untuk mempelajari ruang dekat Bumi, tetapi penerbangan ke planet lain, dan terlebih lagi ke bintang, akan tetap ada untuk umat manusia. mimpi pipa. Akibatnya, pada pertengahan abad terakhir, proyek mesin roket alternatif (non-kimia) mulai bermunculan. Instalasi yang paling populer dan menjanjikan adalah yang menggunakan energi reaksi nuklir. Sampel eksperimental pertama mesin luar angkasa nuklir (NRE) di Uni Soviet dan Amerika Serikat lulus uji coba pada tahun 1970. Namun, setelahnya Bencana Chernobyl di bawah tekanan publik, pekerjaan di bidang ini dihentikan (di Uni Soviet pada tahun 1988, di AS - sejak tahun 1994).
Pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir didasarkan pada prinsip yang sama dengan prinsip termokimia. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa pemanasan fluida kerja dilakukan oleh energi peluruhan atau fusi bahan bakar nuklir. Efisiensi energi mesin tersebut secara signifikan melebihi mesin kimia. Misalnya energi yang dapat dilepaskan oleh 1 kg bahan bakar terbaik (campuran berilium dengan oksigen) adalah 3×107 J, sedangkan untuk isotop polonium Po210 nilainya adalah 5×1011 J.
Energi yang dilepaskan dalam mesin nuklir dapat digunakan dengan berbagai cara:
memanaskan fluida kerja yang dipancarkan melalui nozel, seperti pada mesin roket berbahan bakar cair tradisional, setelah diubah menjadi listrik, mengionisasi dan mempercepat partikel fluida kerja, menciptakan impuls langsung melalui produk fisi atau sintesis. Bahkan air biasa pun dapat bertindak sebagai a fluida kerja, namun penggunaan alkohol akan jauh lebih efektif, amonia atau hidrogen cair. Tergantung pada keadaan agregasi bahan bakar reaktor, mesin roket nuklir dibagi menjadi fase padat, cair, dan gas. Mesin penggerak nuklir yang paling berkembang adalah dengan reaktor fisi fase padat, menggunakan batang bahan bakar (elemen bahan bakar) yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai bahan bakarnya. Mesin pertama, sebagai bagian dari proyek American Nerva, menjalani pengujian darat pada tahun 1966, beroperasi selama sekitar dua jam.
Fitur desain
Inti dari setiap mesin ruang angkasa nuklir adalah reaktor yang terdiri dari inti dan reflektor berilium yang ditempatkan di rumah pembangkit listrik. Fisi atom bahan yang mudah terbakar, biasanya uranium U238, yang diperkaya dengan isotop U235, terjadi di inti. Untuk memberikan sifat-sifat tertentu pada proses peluruhan inti, moderator juga ditempatkan di sini - tungsten atau molibdenum tahan api. Jika moderator dimasukkan pada batang bahan bakar maka reaktor disebut homogen, dan jika ditempatkan terpisah disebut heterogen. Mesin nuklir juga mencakup unit suplai fluida kerja, kontrol, proteksi radiasi bayangan, dan nosel. Elemen struktural dan komponen reaktor yang mengalami beban termal tinggi didinginkan oleh fluida kerja, yang kemudian dipompa ke dalam rakitan bahan bakar oleh unit turbopump. Di sini dipanaskan hingga hampir 3.000˚C. Mengalir melalui nosel, fluida kerja menciptakan gaya dorong jet.
Kontrol reaktor yang umum adalah batang kendali dan meja putar yang terbuat dari bahan penyerap neutron (boron atau kadmium). Batang ditempatkan langsung di inti atau di ceruk reflektor khusus, dan drum putar ditempatkan di pinggiran reaktor. Dengan menggerakkan batang atau memutar drum, jumlah inti fisil per satuan waktu diubah, sehingga mengatur tingkat pelepasan energi reaktor, dan akibatnya, daya termalnya.
Untuk mengurangi intensitas radiasi neutron dan gamma yang berbahaya bagi seluruh makhluk hidup, elemen proteksi reaktor primer ditempatkan pada gedung pembangkit listrik.
Peningkatan efisiensi
Mesin nuklir fase cair memiliki prinsip operasi dan desain yang mirip dengan mesin nuklir fase padat, tetapi keadaan bahan bakar cair memungkinkan peningkatan suhu reaksi, dan, akibatnya, daya dorong unit daya. Jadi, jika untuk satuan kimia (mesin turbojet cair dan mesin roket propelan padat) impuls spesifik maksimum (kecepatan aliran jet) adalah 5.420 m/s, untuk mesin nuklir fase padat dan 10.000 m/s masih jauh dari batas, maka nilai rata-rata indikator ini untuk mesin propelan nuklir fase gas terletak pada kisaran 30.000 - 50.000 m/s.
Ada dua jenis proyek mesin nuklir fase gas:
Siklus terbuka, di mana reaksi nuklir terjadi di dalam awan plasma dari fluida kerja yang ditahan medan elektromagnetik dan menyerap semua panas yang dihasilkan. Suhunya bisa mencapai beberapa puluh ribu derajat. Dalam hal ini, daerah aktif dikelilingi oleh zat tahan panas (misalnya kuarsa) - lampu nuklir yang dengan bebas mentransmisikan energi yang dipancarkan.Pada instalasi tipe kedua, suhu reaksi akan dibatasi oleh titik leleh. dari bahan labu. Pada saat yang sama, efisiensi energi mesin ruang angkasa nuklir sedikit berkurang (impuls spesifik hingga 15.000 m/s), tetapi efisiensi dan keselamatan radiasi meningkat.
Prestasi praktis
Secara formal, ilmuwan dan fisikawan Amerika Richard Feynman dianggap sebagai penemu pembangkit listrik tenaga nuklir. Pekerjaan skala besar pada pengembangan dan pembuatan mesin nuklir untuk pesawat ruang angkasa sebagai bagian dari program Rover dimulai di Pusat Penelitian Los Alamos (AS) pada tahun 1955. Penemu Amerika lebih menyukai instalasi dengan reaktor nuklir yang homogen. Sampel eksperimental pertama "Kiwi-A" dirakit di sebuah pabrik di pusat nuklir di Albuquerque (New Mexico, AS) dan diuji pada tahun 1959. Reaktor ditempatkan secara vertikal pada dudukannya dengan nosel menghadap ke atas. Selama pengujian, aliran hidrogen bekas yang dipanaskan dilepaskan langsung ke atmosfer. Dan meski rektor bekerja dengan daya rendah hanya sekitar 5 menit, keberhasilannya menginspirasi para pengembang.
Di Uni Soviet, dorongan kuat untuk penelitian semacam itu diberikan oleh pertemuan "tiga K besar" yang terjadi pada tahun 1959 di Institut Energi Atom - pencipta bom atom IV Kurchatov, kepala ahli teori kosmonotika Rusia M.V. Keldysh dan perancang umum roket Soviet S.P. Queen. Berbeda dengan model Amerika, mesin RD-0410 Soviet, yang dikembangkan di biro desain asosiasi Khimavtomatika (Voronezh), memiliki reaktor yang heterogen. Uji coba kebakaran dilakukan di tempat latihan dekat Semipalatinsk pada tahun 1978.
Perlu dicatat bahwa cukup banyak proyek teoretis yang telah dibuat, tetapi tidak pernah sampai pada implementasi praktis. Alasannya adalah banyaknya masalah dalam ilmu material, dan kurangnya sumber daya manusia dan keuangan.
Sebagai catatan: pencapaian praktis yang penting adalah uji terbang pesawat bertenaga nuklir. Di Uni Soviet, yang paling menjanjikan adalah pembom strategis eksperimental Tu-95LAL, di AS - B-36.
Proyek "Orion" atau mesin roket nuklir berdenyut
Untuk penerbangan di luar angkasa, mesin nuklir berdenyut pertama kali diusulkan untuk digunakan pada tahun 1945 oleh ahli matematika Amerika asal Polandia, Stanislaw Ulam. Pada dekade berikutnya, ide tersebut dikembangkan dan disempurnakan oleh T. Taylor dan F. Dyson. Intinya adalah bahwa energi muatan nuklir kecil, yang diledakkan pada jarak tertentu dari platform pendorong di bagian bawah roket, memberikan percepatan yang besar padanya.
Selama proyek Orion, yang diluncurkan pada tahun 1958, direncanakan untuk melengkapi roket dengan mesin yang mampu mengantarkan manusia ke permukaan Mars atau orbit Jupiter. Awak kapal, yang terletak di kompartemen haluan, akan dilindungi dari efek destruktif akselerasi raksasa dengan alat peredam. Hasil dari pekerjaan rekayasa yang terperinci adalah uji coba mock-up kapal skala besar untuk mempelajari stabilitas penerbangan (bahan peledak biasa digunakan sebagai pengganti muatan nuklir). Karena biayanya yang tinggi, proyek ini ditutup pada tahun 1965.
Ide serupa untuk menciptakan “pesawat peledak” diungkapkan oleh akademisi Soviet A. Sakharov pada Juli 1961. Untuk meluncurkan kapal ke orbit, ilmuwan mengusulkan penggunaan mesin roket berbahan bakar cair konvensional.
Proyek alternatif
Sejumlah besar proyek tidak pernah melampaui penelitian teoritis. Diantaranya banyak yang orisinal dan sangat menjanjikan. Gagasan pembangkit listrik tenaga nuklir berdasarkan pecahan fisil telah terkonfirmasi. Fitur desain dan struktur mesin ini memungkinkan untuk dilakukan tanpa fluida kerja sama sekali. Aliran jet, yang memberikan karakteristik daya dorong yang diperlukan, terbentuk dari bahan nuklir bekas. Reaktor ini didasarkan pada piringan berputar dengan massa inti subkritis (koefisien fisi atom kurang dari satu). Ketika berputar di sektor piringan yang terletak di inti, reaksi berantai dimulai dan atom-atom berenergi tinggi yang membusuk diarahkan ke nosel mesin, membentuk aliran jet. Atom-atom utuh yang terawetkan akan mengambil bagian dalam reaksi pada putaran berikutnya dari piringan bahan bakar.
Proyek mesin nuklir untuk kapal yang melakukan tugas-tugas tertentu di ruang dekat Bumi, berdasarkan RTG (generator termoelektrik radioisotop), cukup bisa diterapkan, tetapi instalasi semacam itu tidak menjanjikan untuk penerbangan antarplanet, dan terlebih lagi antarbintang.
Mesin fusi nuklir memiliki potensi yang sangat besar. Pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini, instalasi berdenyut cukup layak, di mana, seperti proyek Orion, muatan termonuklir akan diledakkan di bawah bagian bawah roket. Namun, banyak ahli menganggap penerapan fusi nuklir terkendali akan terjadi dalam waktu dekat.
Keuntungan dan kerugian mesin bertenaga nuklir
Keuntungan yang tak terbantahkan menggunakan mesin nuklir sebagai unit tenaga pesawat ruang angkasa termasuk efisiensi energinya yang tinggi, memberikan impuls spesifik yang tinggi dan kinerja daya dorong yang baik (hingga seribu ton di ruang tanpa udara), cadangan energi yang mengesankan di daya tahan baterai. Tingkat perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat ini memungkinkan untuk memastikan kekompakan komparatif dari instalasi semacam itu.
Kelemahan utama mesin propulsi nuklir, yang menyebabkan terbatasnya pekerjaan desain dan penelitian, adalah tingginya bahaya radiasi. Hal ini terutama berlaku ketika melakukan uji kebakaran di darat, yang mengakibatkan gas radioaktif, senyawa uranium dan isotopnya, serta efek destruktif dari radiasi penetrasi, dapat memasuki atmosfer bersama dengan fluida kerja. Untuk alasan yang sama, peluncuran pesawat ruang angkasa yang dilengkapi mesin nuklir langsung dari permukaan bumi tidak dapat diterima.
Sekarang dan masa depan
Menurut jaminan dari Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Direktur Jenderal Pusat Keldysh Anatoly Koroteev, pada dasarnya tipe baru mesin nuklir di Rusia akan dibuat dalam waktu dekat. Inti dari pendekatan tersebut adalah energi reaktor luar angkasa akan diarahkan tidak untuk memanaskan fluida kerja secara langsung dan membentuk aliran jet, tetapi untuk menghasilkan listrik. Peran propulsi dalam instalasi diberikan kepada mesin plasma, yang daya dorong spesifiknya 20 kali lebih tinggi daripada daya dorong perangkat jet kimia yang ada saat ini. Perusahaan utama proyek ini adalah divisi dari perusahaan negara Rosatom, JSC NIKIET (Moskow).
Uji prototipe skala penuh berhasil diselesaikan pada tahun 2015 berdasarkan NPO Mashinostroeniya (Reutov). Tanggal dimulainya uji penerbangan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah November tahun ini. Elemen dan sistem terpenting harus diuji, termasuk di ISS.
Mesin nuklir Rusia yang baru beroperasi dalam siklus tertutup, yang sepenuhnya menghilangkan pelepasan zat radioaktif ke ruang sekitarnya. Karakteristik massa dan dimensi elemen utama pembangkit listrik memastikan penggunaannya dengan kendaraan peluncuran Proton dan Angara domestik yang sudah ada.
Pada akhir dekade ini, pesawat ruang angkasa bertenaga nuklir untuk perjalanan antarplanet mungkin akan dibuat di Rusia. Dan hal ini akan secara dramatis mengubah situasi baik di ruang dekat Bumi maupun di Bumi itu sendiri.
Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) akan siap terbang pada tahun 2018. Hal ini diumumkan oleh direktur Keldysh Center, akademisi Anatoly Koroteev. “Kita harus menyiapkan sampel pertama (pembangkit listrik tenaga nuklir kelas megawatt. – Catatan Expert Online) untuk uji terbang pada tahun 2018. Mau terbang atau tidak itu soal lain, mungkin ada antrian, tapi harus siap terbang,” RIA Novosti melaporkan perkataannya. Hal di atas berarti bahwa salah satu proyek Soviet-Rusia paling ambisius di bidang eksplorasi ruang angkasa sedang memasuki fase implementasi praktis segera.
Inti dari proyek ini, yang akarnya berasal dari pertengahan abad yang lalu, adalah sebagai berikut. Kini penerbangan ke luar angkasa dekat Bumi dilakukan dengan roket yang bergerak akibat pembakaran cairan atau cairan di mesinnya. bahan bakar padat. Intinya, ini adalah mesin yang sama seperti pada mobil. Hanya di dalam mobil bensin, ketika dibakar, mendorong piston di dalam silinder, mentransfer energinya melalui piston ke roda. Dan pada mesin roket, pembakaran minyak tanah atau heptil secara langsung mendorong roket ke depan.
Selama setengah abad terakhir, teknologi roket ini telah disempurnakan di seluruh dunia hingga ke detail terkecil. Namun para ilmuwan roket sendiri mengakui hal itu. Perbaikan - ya, itu perlu. Mencoba meningkatkan muatan roket dari saat ini 23 ton menjadi 100 dan bahkan 150 ton berdasarkan mesin pembakaran yang “ditingkatkan” - ya, Anda perlu mencobanya. Namun ini adalah jalan buntu dari sudut pandang evolusi. " Tidak peduli seberapa keras para ahli mesin roket di seluruh dunia bekerja, efek maksimal, yang kami terima akan dihitung dalam pecahan persen. Secara kasar, semuanya telah dikeluarkan dari mesin roket yang ada, baik itu bahan bakar cair atau padat, dan upaya untuk meningkatkan daya dorong dan impuls spesifik hanyalah sia-sia. Sistem propulsi tenaga nuklir memberikan peningkatan berlipat ganda. Dengan menggunakan contoh penerbangan ke Mars, kini dibutuhkan waktu satu setengah hingga dua tahun untuk terbang kesana dan pulang, namun bisa juga dilakukan dalam dua hingga empat bulan. “- mantan kepala Badan Antariksa Federal Rusia menilai situasinya pada suatu waktu Anatoly Perminov.
Oleh karena itu, pada tahun 2010, Presiden Rusia saat itu, dan sekarang Perdana Menteri Dmitry Medvedev Pada akhir dekade ini, sebuah perintah diberikan untuk membuat modul transportasi ruang angkasa dan energi di negara kita berdasarkan pembangkit listrik tenaga nuklir kelas megawatt. Direncanakan untuk mengalokasikan 17 miliar rubel dari anggaran federal, Roscosmos dan Rosatom untuk pengembangan proyek ini hingga 2018. 7,2 miliar dari jumlah ini dialokasikan ke perusahaan negara Rosatom untuk pembuatan pabrik reaktor (ini dilakukan oleh Institut Penelitian dan Desain Teknik Energi Dollezhal), 4 miliar - ke Pusat Keldysh untuk pembuatan tenaga nuklir pabrik penggerak. 5,8 miliar rubel dialokasikan oleh RSC Energia untuk membuat modul transportasi dan energi, dengan kata lain, kapal roket.
Tentu saja, semua pekerjaan ini tidak dilakukan dalam ruang hampa. Dari tahun 1970 hingga 1988, Uni Soviet sendiri meluncurkan lebih dari tiga lusin satelit mata-mata ke luar angkasa, dilengkapi dengan pembangkit listrik tenaga nuklir berdaya rendah seperti Buk dan Topaz. Mereka digunakan untuk membuat sistem segala cuaca untuk memantau target permukaan di seluruh Samudra Dunia dan mengeluarkan penunjukan target dengan transmisi ke pembawa senjata atau pos komando - sistem pengintaian ruang angkasa dan penunjukan target angkatan laut Legend (1978).
NASA dan perusahaan-perusahaan Amerika, yang memproduksi pesawat ruang angkasa dan kendaraan pengantarnya, selama ini belum mampu membuat reaktor nuklir yang dapat beroperasi secara stabil di luar angkasa, meskipun mereka telah mencobanya sebanyak tiga kali. Oleh karena itu, pada tahun 1988, PBB mengeluarkan larangan penggunaan pesawat ruang angkasa dengan sistem propulsi tenaga nuklir, dan produksi satelit tipe US-A dengan propulsi nuklir di Uni Soviet dihentikan.
Secara paralel, pada tahun 60-70an abad terakhir, Keldysh Center melakukan pekerjaan aktif dalam pembuatan mesin ion (mesin elektroplasma), yang paling cocok untuk menciptakan sistem propulsi berdaya tinggi yang menggunakan bahan bakar nuklir. Reaktor menghasilkan panas, yang diubah menjadi listrik oleh generator. Dengan bantuan listrik, gas xenon inert dalam mesin tersebut pertama-tama diionisasi, dan kemudian partikel bermuatan positif (ion xenon positif) dipercepat dalam medan elektrostatik hingga kecepatan tertentu dan menciptakan gaya dorong ketika meninggalkan mesin. Ini adalah prinsip pengoperasian mesin ion, yang prototipenya telah dibuat di Keldysh Center.
« Pada tahun 90-an abad ke-20, kami di Keldysh Center kembali mengerjakan mesin ion. Kini kerja sama baru harus diciptakan untuk proyek yang begitu kuat. Sudah ada prototipe mesin ion yang menjadi dasar teknologi dan Keputusan yang konstruktif. Namun produk standar masih perlu diciptakan. Kami memiliki tenggat waktu yang ditetapkan - pada tahun 2018 produk harus siap untuk uji terbang, dan pada tahun 2015 pengujian mesin utama harus selesai. Selanjutnya - ujian hidup dan ujian seluruh unit secara keseluruhan.“, kata tahun lalu kepala departemen elektrofisika Pusat Penelitian M.V. Keldysh, Profesor, Fakultas Penelitian Aerofisika dan Antariksa, MIPT Oleg Gorshkov.
Apa manfaat praktis bagi Rusia dari perkembangan ini? Manfaat ini jauh melebihi 17 miliar rubel yang akan dibelanjakan negara pada tahun 2018 untuk pembuatan kendaraan peluncuran dengan pembangkit listrik tenaga nuklir berkapasitas 1 MW. Pertama, ini merupakan perluasan dramatis kemampuan negara kita dan kemanusiaan secara umum. Pesawat luar angkasa bertenaga nuklir memberikan peluang nyata bagi manusia untuk mencapai berbagai hal di planet lain. Sekarang banyak negara yang memiliki kapal seperti itu. Mereka juga dilanjutkan di Amerika Serikat pada tahun 2003, setelah Amerika menerima dua sampel satelit Rusia dengan pembangkit listrik tenaga nuklir.
Namun, meski demikian, ia menjadi anggota komisi khusus NASA untuk penerbangan berawak Edward Crowley misalnya, ia percaya bahwa sebuah kapal untuk penerbangan internasional ke Mars harus memiliki mesin nuklir Rusia. " Pengalaman Rusia dalam pengembangan mesin nuklir sangat dibutuhkan. Saya pikir Rusia memiliki banyak pengalaman baik dalam pengembangan mesin roket maupun teknologi nuklir. Dia juga memiliki pengalaman luas dalam adaptasi manusia terhadap kondisi luar angkasa, karena kosmonot Rusia melakukan penerbangan yang sangat jauh “,” kata Crowley kepada wartawan musim semi lalu setelah kuliah di Universitas Negeri Moskow tentang rencana Amerika untuk eksplorasi ruang angkasa berawak.
Kedua, kapal semacam itu memungkinkan untuk secara tajam mengintensifkan aktivitas di ruang dekat Bumi dan memberikan peluang nyata untuk memulai kolonisasi Bulan (sudah ada proyek pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir di satelit Bumi). " Penggunaan sistem propulsi nuklir sedang dipertimbangkan untuk sistem berawak besar, bukan untuk pesawat ruang angkasa kecil, yang dapat terbang dengan instalasi jenis lain menggunakan mesin ion atau energi angin surya. Sistem propulsi nuklir dengan mesin ion dapat digunakan pada kapal tunda interorbital yang dapat digunakan kembali. Misalnya, mengangkut kargo antara orbit rendah dan tinggi, dan terbang ke asteroid. Anda dapat membuat kapal tunda bulan yang dapat digunakan kembali atau mengirim ekspedisi ke Mars“, kata Profesor Oleg Gorshkov. Kapal seperti ini secara dramatis mengubah perekonomian eksplorasi ruang angkasa. Menurut perhitungan spesialis RSC Energia, kendaraan peluncuran bertenaga nuklir mengurangi biaya peluncuran muatan ke orbit bulan lebih dari setengahnya dibandingkan dengan mesin roket cair.
Ketiga, ini adalah material dan teknologi baru yang akan dibuat selama implementasi proyek ini dan kemudian diperkenalkan ke industri lain - metalurgi, teknik mesin, dll. Artinya, ini adalah salah satu proyek terobosan yang benar-benar dapat mendorong kemajuan perekonomian Rusia dan global.
Alexander Losev
Perkembangan pesat roket dan luar angkasa teknologi di XX abad ini ditentukan oleh tujuan dan kepentingan strategis militer, politik dan, sampai batas tertentu, ideologis dari dua negara adidaya - Uni Soviet dan Amerika Serikat, dan semua program luar angkasa negara merupakan kelanjutan dari proyek militer mereka, di mana tugas utamanya adalah perlu memastikan kemampuan pertahanan dan keseimbangan strategis dengan musuh potensial. Biaya pembuatan peralatan dan biaya pengoperasian tidak terlalu penting pada saat itu. Sumber daya yang sangat besar dialokasikan untuk pembuatan kendaraan peluncuran dan pesawat ruang angkasa, dan penerbangan Yuri Gagarin selama 108 menit pada tahun 1961 serta siaran televisi Neil Armstrong dan Buzz Aldrin dari permukaan Bulan pada tahun 1969 bukan hanya kemenangan ilmiah dan teknis. Meskipun demikian, hal ini juga dianggap sebagai kemenangan strategis dalam pertempuran Perang Dingin.
Namun setelah Uni Soviet runtuh dan keluar dari perebutan kepemimpinan dunia, lawan geopolitiknya, terutama Amerika Serikat, tidak perlu lagi melaksanakan proyek luar angkasa yang prestisius namun sangat mahal untuk membuktikan kepada seluruh dunia keunggulan ekonomi Barat. sistem dan konsep ideologis.
Pada tahun 90an, tugas-tugas politik utama pada tahun-tahun sebelumnya kehilangan relevansinya, konfrontasi blok digantikan oleh globalisasi, pragmatisme merajalela di dunia, sehingga sebagian besar program luar angkasa dibatasi atau ditunda; hanya ISS yang tersisa sebagai warisan dari proyek-proyek skala besar di Amerika Serikat. masa lalu. Selain itu, demokrasi Barat telah membuat semua program pemerintah yang mahal bergantung pada siklus pemilu.
Dukungan pemilih, yang diperlukan untuk memperoleh atau mempertahankan kekuasaan, memaksa politisi, parlemen, dan pemerintah untuk bersandar pada populisme dan memecahkan masalah jangka pendek, sehingga pengeluaran untuk eksplorasi ruang angkasa berkurang dari tahun ke tahun.
Sebagian besar penemuan mendasar terjadi pada paruh pertama abad ke-20, dan saat ini ilmu pengetahuan dan teknologi telah mencapai batas tertentu, terlebih lagi popularitas ilmu pengetahuan telah menurun di seluruh dunia, dan kualitas pengajaran matematika, fisika dan alam lainnya. ilmu pengetahuan telah memburuk. Hal inilah yang menjadi penyebab stagnasi, termasuk di sektor luar angkasa, selama dua dekade terakhir.
Namun kini menjadi jelas bahwa dunia sedang mendekati akhir siklus teknologi lainnya berdasarkan penemuan-penemuan pada abad terakhir. Oleh karena itu, negara mana pun yang memiliki teknologi baru yang menjanjikan pada saat terjadi perubahan struktur teknologi global akan secara otomatis memastikan kepemimpinan global setidaknya selama lima puluh tahun ke depan.
Desain dasar mesin penggerak nuklir dengan hidrogen sebagai fluida kerjanya
Hal ini diwujudkan baik di Amerika Serikat, yang telah menetapkan arah kebangkitan kembali kehebatan Amerika di segala bidang aktivitas, maupun di Tiongkok, yang menantang hegemoni Amerika, dan di Uni Eropa, yang berusaha sekuat tenaga untuk membalikkan keadaan. mempertahankan pengaruhnya dalam perekonomian global.
Terdapat kebijakan industri di sana dan mereka secara serius terlibat dalam pengembangan potensi ilmiah, teknis, dan produksi mereka sendiri, dan bidang luar angkasa dapat menjadi tempat pengujian terbaik untuk menguji teknologi baru dan untuk membuktikan atau menyangkal hipotesis ilmiah yang dapat meletakkan dasar. untuk penciptaan teknologi masa depan yang berbeda secara fundamental dan lebih maju.
Dan wajar jika kita berharap bahwa Amerika Serikat akan menjadi negara pertama yang melanjutkan proyek eksplorasi luar angkasa dengan tujuan menciptakan keunikan. teknologi inovatif baik di bidang persenjataan, transportasi dan bahan bangunan, serta di bidang biomedis dan telekomunikasi
Benar, bahkan Amerika Serikat pun tidak bisa menjamin kesuksesan dalam menciptakan teknologi revolusioner. Ada risiko tinggi untuk menemui jalan buntu ketika memperbaiki mesin roket berusia setengah abad yang berbahan bakar kimia, seperti yang dilakukan SpaceX milik Elon Musk, atau ketika membuat sistem pendukung kehidupan untuk penerbangan jarak jauh serupa dengan yang sudah diterapkan pada roket. ISS.
Bisakah Rusia, yang mengalami stagnasi di sektor antariksa setiap tahunnya, membuat lompatan dalam perlombaan untuk menjadi pemimpin teknologi masa depan agar tetap berada di kelompok negara adidaya, dan tidak masuk dalam daftar negara berkembang?
Ya, tentu saja, Rusia bisa, dan terlebih lagi, kemajuan nyata telah dicapai dalam bidang energi nuklir dan teknologi mesin roket nuklir, meskipun industri luar angkasa mengalami kekurangan dana yang kronis.
Masa depan astronotika adalah penggunaan energi nuklir. Untuk memahami bagaimana teknologi nuklir dan ruang angkasa terhubung, penting untuk mempertimbangkan prinsip dasar propulsi jet.
Jadi, jenis utama mesin luar angkasa modern dibuat berdasarkan prinsip energi kimia. Ini adalah akselerator bahan bakar padat dan mesin roket cair, di ruang bakarnya komponen bahan bakar (bahan bakar dan oksidator) masuk ke dalam reaksi pembakaran fisik dan kimia eksotermik, membentuk aliran jet yang mengeluarkan berton-ton zat dari nosel mesin setiap detik. Energi kinetik fluida kerja jet diubah menjadi gaya reaktif yang cukup untuk menggerakkan roket. Impuls spesifik (perbandingan gaya dorong yang dihasilkan dengan massa bahan bakar yang digunakan) dari mesin kimia tersebut bergantung pada komponen bahan bakar, tekanan dan suhu di ruang bakar, serta berat molekul campuran gas yang dikeluarkan melalui mesin. nosel mesin.
Dan semakin tinggi suhu zat dan tekanan di dalam ruang bakar, dan semakin rendah massa molekul gas, semakin tinggi impuls spesifiknya, dan karenanya efisiensi mesin. Impuls spesifik adalah besaran gerak dan biasanya diukur dalam meter per detik, sama seperti kecepatan.
Pada mesin kimia, impuls spesifik tertinggi dihasilkan oleh campuran bahan bakar oksigen-hidrogen dan fluor-hidrogen (4500–4700 m/s), namun yang paling populer (dan mudah dioperasikan) adalah mesin roket yang menggunakan minyak tanah dan oksigen, misalnya misalnya roket Soyuz dan Musk's Falcon, serta mesin yang menggunakan dimethylhydrazine (UDMH) tidak simetris dengan oksidator berupa campuran nitrogen tetroksida dan asam nitrat (Proton Soviet dan Rusia, Ariane Prancis, Titan Amerika). Efisiensinya 1,5 kali lebih rendah dibandingkan mesin berbahan bakar hidrogen, namun dorongan sebesar 3000 m/s dan tenaganya cukup untuk menjadikannya menguntungkan secara ekonomi untuk meluncurkan berton-ton muatan ke orbit dekat Bumi.
Namun penerbangan ke planet lain memerlukan pesawat ruang angkasa yang jauh lebih besar daripada apa pun yang pernah diciptakan umat manusia sebelumnya, termasuk ISS modular. Di kapal-kapal ini, perlu untuk memastikan keberadaan awak kapal yang otonom dalam jangka panjang, dan pasokan bahan bakar tertentu serta masa pakai mesin utama dan mesin untuk manuver dan koreksi orbit, untuk menyediakan pengiriman astronot dalam modul pendaratan khusus. ke permukaan planet lain, dan kembalinya mereka ke kapal pengangkut utama, dan kemudian kembalinya ekspedisi ke Bumi.
Akumulasi pengetahuan teknik dan energi kimia mesin memungkinkan untuk kembali ke Bulan dan mencapai Mars, sehingga besar kemungkinan umat manusia akan mengunjungi Planet Merah dalam dekade berikutnya.
Jika kita hanya mengandalkan teknologi luar angkasa yang ada, maka massa minimum modul yang dapat dihuni untuk penerbangan berawak ke Mars atau ke satelit Jupiter dan Saturnus adalah sekitar 90 ton, 3 kali lebih banyak dari kapal bulan pada awal tahun 1970-an. , yang berarti kendaraan peluncuran untuk peluncurannya ke orbit referensi untuk penerbangan lebih lanjut ke Mars akan jauh lebih unggul daripada Saturn 5 (berat peluncuran 2.965 ton) dari proyek bulan Apollo atau kapal induk Soviet Energia (berat peluncuran 2.400 ton). Penting untuk membuat kompleks antarplanet di orbit yang beratnya mencapai 500 ton. Penerbangan dengan kapal antarplanet dengan mesin roket kimia akan memakan waktu 8 bulan hingga 1 tahun dalam satu arah saja, karena Anda harus melakukan manuver gravitasi, menggunakan gaya gravitasi planet dan pasokan bahan bakar yang sangat besar untuk mempercepat kapal. .
Namun dengan menggunakan energi kimia mesin roket, umat manusia tidak akan terbang lebih jauh dari orbit Mars atau Venus. Kita membutuhkan kecepatan penerbangan pesawat ruang angkasa yang berbeda dan energi pergerakan lain yang lebih kuat.
Desain modern mesin roket nuklir Sistem Satelit Princeton
Untuk menjelajahi luar angkasa, perlu untuk secara signifikan meningkatkan rasio dorong terhadap berat dan efisiensi mesin roket, yang berarti meningkatkan impuls spesifik dan masa pakainya. Dan untuk itu perlu dilakukan pemanasan gas atau zat fluida kerja di dalam ruang mesin dengan suhu rendah massa atom ke suhu beberapa kali lebih tinggi dari suhu pembakaran kimia campuran bahan bakar tradisional, dan ini dapat dilakukan dengan menggunakan reaksi nuklir.
Jika, alih-alih ruang pembakaran konvensional, reaktor nuklir ditempatkan di dalam mesin roket, ke dalam inti di mana zat dalam bentuk cair atau gas disuplai, maka reaktor tersebut, dipanaskan di bawah tekanan tinggi hingga beberapa ribu derajat, akan dimulai. untuk dikeluarkan melalui saluran nosel, menciptakan gaya dorong jet. Dorongan spesifik dari mesin jet nuklir semacam itu akan beberapa kali lebih besar dibandingkan dengan mesin konvensional dengan komponen kimia, yang berarti bahwa efisiensi mesin itu sendiri dan kendaraan peluncur secara keseluruhan akan meningkat berkali-kali lipat. Dalam hal ini, oksidator untuk pembakaran bahan bakar tidak diperlukan, dan gas hidrogen ringan dapat digunakan sebagai zat yang menciptakan daya dorong jet; kita tahu bahwa semakin rendah massa molekul gas, semakin tinggi impulsnya, dan ini akan sangat besar. mengurangi massa roket di karakteristik terbaik tenaga mesin.
Mesin nuklir akan lebih baik daripada mesin konvensional, karena di zona reaktor gas ringan dapat dipanaskan hingga suhu melebihi 9 ribu derajat Kelvin, dan pancaran gas super panas tersebut akan memberikan impuls spesifik yang jauh lebih tinggi daripada yang dapat diberikan oleh mesin kimia konvensional. . Tapi ini secara teori.
Bahayanya bahkan ketika kendaraan peluncur dengan instalasi nuklir semacam itu diluncurkan, kontaminasi radioaktif di atmosfer dan ruang di sekitar landasan peluncuran dapat terjadi; masalah utamanya adalah pada suhu tinggi mesin itu sendiri, bersama dengan pesawat ruang angkasa, dapat meleleh. Desainer dan insinyur memahami hal ini dan telah mencoba menemukan solusi yang sesuai selama beberapa dekade.
Mesin roket nuklir (NRE) sudah memiliki sejarah penciptaan dan pengoperasiannya sendiri di luar angkasa. Perkembangan pertama mesin nuklir dimulai pada pertengahan 1950-an, bahkan sebelum manusia terbang ke luar angkasa, dan hampir bersamaan di Uni Soviet dan Amerika Serikat, dan gagasan untuk menggunakan reaktor nuklir untuk memanaskan mesin nuklir. substansi dalam mesin roket lahir bersamaan dengan rektor pertama pada pertengahan tahun 40-an, yaitu lebih dari 70 tahun yang lalu.
Di negara kita, penggagas penciptaan tenaga nuklir adalah fisikawan termal Vitaly Mikhailovich Ievlev. Pada tahun 1947, ia mempresentasikan sebuah proyek yang didukung oleh S.P. Korolev, I.V. Kurchatov dan M.V. Keldysh. Awalnya, direncanakan untuk menggunakan mesin tersebut untuk rudal jelajah, dan kemudian memasangnya pada rudal balistik. Pengembangan ini dilakukan oleh biro desain pertahanan terkemuka Uni Soviet, serta lembaga penelitian NIITP, CIAM, IAE, VNIINM.
Mesin nuklir Soviet RD-0410 dirakit pada pertengahan tahun 60an di Biro Desain Otomatis Kimia Voronezh, tempat sebagian besar mesin roket cair untuk teknologi luar angkasa dibuat.
Hidrogen digunakan sebagai fluida kerja di RD-0410, yang dalam bentuk cair melewati “jaket pendingin”, menghilangkan panas berlebih dari dinding nosel dan mencegahnya meleleh, dan kemudian masuk ke inti reaktor, di mana ia dipanaskan. hingga 3000K dan dilepaskan melalui nozel saluran, sehingga berubah energi termal menjadi kinetik dan menghasilkan impuls spesifik sebesar 9100 m/s.
Di AS, proyek propulsi nuklir diluncurkan pada tahun 1952, dan mesin operasi pertama dibuat pada tahun 1966 dan diberi nama NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Pada tahun 60an dan 70an, Uni Soviet dan Amerika Serikat berusaha untuk tidak menyerah satu sama lain.
Benar, baik RD-0410 kami maupun NERVA Amerika adalah mesin propelan nuklir fase padat (bahan bakar nuklir berdasarkan uranium karbida berada dalam bentuk padat di dalam reaktor), dan suhu pengoperasiannya berada di kisaran 2300–3100K.
Untuk meningkatkan suhu inti tanpa risiko ledakan atau pencairan dinding reaktor, perlu diciptakan kondisi reaksi nuklir di mana bahan bakar (uranium) berubah menjadi gas atau berubah menjadi plasma dan ditahan di dalam reaktor. oleh medan magnet yang kuat, tanpa menyentuh dinding. Dan kemudian hidrogen yang memasuki inti reaktor “mengalir” uranium dalam fase gas, dan berubah menjadi plasma, dikeluarkan dengan kecepatan sangat tinggi melalui saluran nosel.
Mesin jenis ini disebut mesin propulsi nuklir fase gas. Suhu bahan bakar gas uranium dalam mesin nuklir tersebut dapat berkisar antara 10 ribu hingga 20 ribu derajat Kelvin, dan impuls spesifiknya dapat mencapai 50.000 m/s, yang 11 kali lebih tinggi daripada mesin roket kimia paling efisien.
Penciptaan dan penggunaan mesin propulsi nuklir fase gas tipe terbuka dan tertutup dalam teknologi luar angkasa adalah arah yang paling menjanjikan dalam pengembangan mesin roket luar angkasa dan apa yang dibutuhkan umat manusia untuk menjelajahi planet-planet di Tata Surya dan satelitnya.
Penelitian pertama tentang proyek propulsi nuklir fase gas dimulai di Uni Soviet pada tahun 1957 di Institut Penelitian Proses Termal (Pusat Penelitian Nasional dinamai M.V. Keldysh), dan keputusan untuk mengembangkan pembangkit listrik tenaga nuklir berbasis ruang angkasa berdasarkan reaktor nuklir fase gas dibuat pada tahun 1963 oleh Akademisi V.P. Glushko (NPO Energomash), dan kemudian disetujui oleh resolusi Komite Sentral CPSU dan Dewan Menteri Uni Soviet.
Pengembangan mesin propulsi nuklir fase gas telah dilakukan di Uni Soviet selama dua dekade, namun sayangnya tidak pernah selesai karena kurangnya dana dan kebutuhan tambahan. penelitian dasar di bidang termodinamika bahan bakar nuklir dan plasma hidrogen, fisika neutron dan hidrodinamika magnetik.
Ilmuwan nuklir dan insinyur desain Soviet menghadapi sejumlah masalah, seperti mencapai kekritisan dan memastikan stabilitas pengoperasian reaktor nuklir fase gas, mengurangi hilangnya uranium cair selama pelepasan hidrogen yang dipanaskan hingga beberapa ribu derajat, dan perlindungan termal. nosel dan generator medan magnet, dan akumulasi produk fisi uranium, pemilihan bahan konstruksi yang tahan bahan kimia, dll.
Dan ketika kendaraan peluncuran Energia mulai dibuat untuk program Soviet Mars-94 untuk penerbangan berawak pertama ke Mars, proyek mesin nuklir ditunda tanpa batas waktu. Uni Soviet tidak punya cukup waktu, dan yang paling penting, kemauan politik dan efisiensi ekonomi, untuk mendaratkan kosmonot kita di planet Mars pada tahun 1994. Ini akan menjadi pencapaian dan bukti kepemimpinan kami yang tak terbantahkan teknologi tinggi selama beberapa dekade mendatang. Namun luar angkasa, seperti banyak hal lainnya, dikhianati oleh kepemimpinan terakhir Uni Soviet. Sejarah tidak dapat diubah, ilmuwan dan insinyur yang telah meninggal tidak dapat dikembalikan, dan pengetahuan yang hilang tidak dapat dipulihkan. Banyak hal yang harus diciptakan baru.
Tapi luar angkasa energi nuklir tidak terbatas hanya pada bidang mesin propulsi nuklir fase padat dan gas. Untuk membuat aliran materi yang dipanaskan dalam mesin jet, Anda dapat menggunakan energi listrik. Ide ini pertama kali diungkapkan oleh Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky pada tahun 1903 dalam karyanya “Eksplorasi ruang dunia menggunakan instrumen jet.”
Dan mesin roket elektrotermal pertama di Uni Soviet diciptakan pada tahun 1930-an oleh Valentin Petrovich Glushko, calon akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet dan kepala NPO Energia.
Prinsip pengoperasian mesin roket listrik bisa berbeda-beda. Mereka biasanya dibagi menjadi empat jenis:
- elektrotermal (pemanasan atau busur listrik). Di dalamnya, gas dipanaskan hingga suhu 1000–5000K dan dikeluarkan dari nosel dengan cara yang sama seperti pada mesin roket nuklir.
- mesin elektrostatik (koloid dan ionik), di mana zat kerja pertama kali terionisasi, dan kemudian ion positif (atom tanpa elektron) dipercepat dalam medan elektrostatik dan juga dikeluarkan melalui saluran nosel, menciptakan daya dorong jet. Mesin elektrostatik juga termasuk mesin plasma stasioner.
- magnetoplasma dan mesin roket magnetodinamik. Di sana, plasma gas dipercepat karena gaya Ampere pada medan magnet dan listrik yang berpotongan tegak lurus.
- mesin roket pulsa, yang menggunakan energi gas yang dihasilkan dari penguapan fluida kerja dalam pelepasan listrik.
Keuntungan dari mesin roket listrik ini adalah konsumsi fluida kerja yang rendah, efisiensi hingga 60% dan kecepatan aliran partikel yang tinggi, yang secara signifikan dapat mengurangi massa pesawat ruang angkasa, tetapi ada juga kelemahannya - kepadatan dorong yang rendah, dan oleh karena itu daya rendah, serta tingginya biaya fluida kerja (gas inert atau uap logam alkali) untuk membuat plasma.
Semua jenis motor listrik yang terdaftar telah diimplementasikan dalam praktik dan telah berulang kali digunakan di luar angkasa pada pesawat ruang angkasa Soviet dan Amerika sejak pertengahan tahun 60an, namun karena dayanya yang rendah, motor ini digunakan terutama sebagai mesin koreksi orbit.
Dari tahun 1968 hingga 1988, Uni Soviet meluncurkan serangkaian satelit Cosmos dengan instalasi nuklir di dalamnya. Jenis reaktor diberi nama: “Buk”, “Topaz” dan “Yenisei”.
Reaktor proyek Yenisei memiliki daya termal hingga 135 kW dan daya listrik sekitar 5 kW. Pendinginnya adalah lelehan natrium-kalium. Proyek ini ditutup pada tahun 1996.
Motor penggerak roket yang sebenarnya membutuhkan sumber energi yang sangat kuat. DAN sumber terbaik Energi untuk mesin luar angkasa tersebut adalah reaktor nuklir.
Energi nuklir adalah salah satu industri teknologi tinggi di mana negara kita mempertahankan posisi terdepan. Dan mesin roket yang pada dasarnya baru telah dibuat di Rusia dan proyek ini hampir selesai pada tahun 2018. Tes penerbangan dijadwalkan pada tahun 2020.
Dan jika propulsi nuklir fase gas adalah topik untuk beberapa dekade mendatang yang harus dibahas kembali setelah penelitian mendasar, maka alternatif saat ini adalah sistem propulsi tenaga nuklir (NPPU) kelas megawatt, dan telah dibuat oleh Rosatom dan Perusahaan Roscosmos sejak 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, yang saat ini merupakan satu-satunya pengembang dan produsen pembangkit listrik tenaga nuklir luar angkasa, serta Pusat Penelitian yang dinamai A. M.V.Keldysh, NIKIET im. N.A. Dollezhala, Lembaga Penelitian NPO “Luch”, “Kurchatov Institute”, IRM, IPPE, RIAR dan NPO Mashinostroeniya.
Sistem propulsi tenaga nuklir mencakup reaktor nuklir neutron cepat berpendingin gas bersuhu tinggi dengan sistem mesin turbo untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik, sistem pemancar pendingin untuk membuang panas berlebih ke luar angkasa, kompartemen instrumentasi, blok penopang. motor listrik plasma atau ion, dan wadah untuk menampung muatan. .
Dalam sistem propulsi tenaga, reaktor nuklir berfungsi sebagai sumber listrik untuk mengoperasikan mesin plasma listrik, sedangkan pendingin gas reaktor, melewati inti, memasuki turbin generator listrik dan kompresor dan kembali ke reaktor dalam keadaan tertutup, dan tidak terlempar ke luar angkasa seperti pada mesin propulsi nuklir, yang membuat desain lebih andal dan aman, dan oleh karena itu cocok untuk astronotika berawak.
Direncanakan pembangkit listrik tenaga nuklir akan digunakan sebagai kapal tunda luar angkasa yang dapat digunakan kembali untuk memastikan pengiriman kargo selama eksplorasi Bulan atau pembuatan kompleks orbit serbaguna. Keuntungannya bukan hanya penggunaan elemen sistem transportasi yang dapat digunakan kembali (yang ingin dicapai Elon Musk dalam proyek luar angkasa SpaceX-nya), tetapi juga kemampuan untuk mengirimkan kargo tiga kali lebih banyak daripada roket dengan mesin jet kimia dengan kekuatan yang sebanding. dengan mengurangi massa peluncuran sistem transportasi. Desain instalasi khusus membuatnya aman bagi manusia dan lingkungan di tanah.
Pada tahun 2014, elemen bahan bakar (fuel element) desain standar pertama untuk sistem propulsi listrik nuklir ini dirakit di JSC Mashinostroitelny Zavod di Elektrostal, dan pada tahun 2016 dilakukan pengujian simulator keranjang inti reaktor.
Saat ini (pada tahun 2017) pekerjaan sedang dilakukan pada pembuatan elemen struktural instalasi dan pengujian komponen dan rakitan pada mock-up, serta pengujian otonom sistem konversi energi mesin turbo dan unit daya prototipe. Penyelesaian pekerjaan dijadwalkan pada akhir tahun 2018 mendatang, namun sejak tahun 2015, backlog jadwal mulai menumpuk.
Jadi, segera setelah instalasi ini dibuat, Rusia akan menjadi negara pertama di dunia yang memiliki teknologi luar angkasa nuklir, yang akan menjadi dasar tidak hanya untuk proyek eksplorasi Tata Surya di masa depan, tetapi juga untuk energi terestrial dan luar angkasa. . Pembangkit listrik tenaga nuklir luar angkasa dapat digunakan untuk membuat sistem transmisi listrik jarak jauh ke Bumi atau ke modul luar angkasa menggunakan radiasi elektromagnetik. Dan ini juga akan terjadi teknologi maju masa depan, di mana negara kita akan memiliki posisi terdepan.
Berdasarkan motor listrik plasma yang sedang dikembangkan, sistem propulsi yang kuat akan diciptakan untuk penerbangan jarak jauh manusia ke luar angkasa dan, pertama-tama, untuk eksplorasi Mars, yang orbitnya dapat dicapai hanya dalam 1,5 bulan, dan bukan dalam waktu 1,5 bulan. lebih dari setahun, seperti saat menggunakan mesin jet kimia konvensional.
Dan masa depan selalu dimulai dengan revolusi energi. Dan tidak ada lagi. Energi adalah yang utama dan jumlah konsumsi energilah yang mempengaruhi kemajuan teknis, kemampuan pertahanan, dan kualitas hidup masyarakat.
Mesin roket plasma eksperimental NASA
Astrofisikawan Soviet Nikolai Kardashev mengusulkan skala perkembangan peradaban pada tahun 1964. Menurut skala ini, tingkat perkembangan teknologi suatu peradaban bergantung pada jumlah energi yang digunakan penduduk bumi untuk kebutuhannya. Jadi, peradaban tipe I menggunakan semua sumber daya yang tersedia di planet ini; Peradaban tipe II - menerima energi bintangnya di sistem tempatnya berada; dan peradaban tipe III menggunakan energi yang tersedia di galaksinya. Umat manusia belum matang untuk mencapai peradaban tipe I pada skala ini. Kita hanya menggunakan 0,16% dari total potensi cadangan energi planet bumi. Ini berarti bahwa Rusia dan seluruh dunia mempunyai ruang untuk berkembang, dan teknologi nuklir ini akan membuka jalan bagi negara kita tidak hanya menuju luar angkasa, namun juga menuju kemakmuran ekonomi di masa depan.
Dan, mungkin, satu-satunya pilihan bagi Rusia di bidang ilmiah dan teknis adalah sekarang membuat terobosan revolusioner dalam teknologi ruang angkasa nuklir untuk mengatasi ketertinggalan bertahun-tahun di belakang para pemimpin dalam satu “lompatan” dan menjadi tepat pada asal usulnya. revolusi teknologi baru dalam siklus perkembangan peradaban manusia selanjutnya. Peluang unik seperti itu hanya terjadi pada negara tertentu setiap beberapa abad sekali.
Sayangnya, Rusia, yang kurang memberikan perhatian terhadap ilmu-ilmu dasar dan kualitas pendidikan tinggi dan menengah selama 25 tahun terakhir, berisiko kehilangan kesempatan ini selamanya jika program ini dibatasi dan generasi peneliti baru tidak menggantikan ilmuwan dan ilmuwan saat ini. insinyur. Tantangan geopolitik dan teknologi yang akan dihadapi Rusia dalam 10-12 tahun mendatang akan sangat serius, sebanding dengan ancaman pada pertengahan abad ke-20. Untuk menjaga kedaulatan dan integritas Rusia di masa depan, sangatlah penting untuk mulai melatih para spesialis yang mampu menjawab tantangan-tantangan ini dan menciptakan sesuatu yang baru secara fundamental.
Hanya ada waktu sekitar 10 tahun untuk mengubah Rusia menjadi pusat intelektual dan teknologi global, dan hal ini tidak dapat dilakukan tanpa perubahan serius dalam kualitas pendidikan. Untuk terobosan ilmu pengetahuan dan teknologi, perlu mengembalikan pandangan sistematis sistem pendidikan (baik sekolah maupun universitas) tentang gambaran dunia, fundamentalitas ilmiah dan integritas ideologis.
Mengenai stagnasi industri luar angkasa saat ini, hal ini tidak menakutkan. Prinsip fisik yang menjadi dasar teknologi ruang angkasa modern akan dibutuhkan sejak lama di sektor layanan satelit konvensional. Mari kita ingat bahwa umat manusia menggunakan layar selama 5,5 ribu tahun, dan era uap berlangsung hampir 200 tahun, dan baru pada abad kedua puluh dunia mulai berubah dengan cepat, karena terjadi revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi lagi, yang meluncurkan gelombang inovasi. dan perubahan struktur teknologi, yang pada akhirnya mengubah perekonomian dan politik dunia. Hal utama adalah mengetahui asal muasal perubahan ini.
Setiap beberapa tahun sekali
letnan kolonel baru menemukan Pluto.
Setelah itu, dia menelepon laboratorium,
untuk mengetahui nasib ramjet nuklir di masa depan.
Ini adalah topik yang sedang populer saat ini, tetapi menurut saya mesin ramjet nuklir jauh lebih menarik, karena tidak perlu membawa fluida kerja.
Saya berasumsi bahwa pesan Presiden adalah tentang dia, tetapi untuk beberapa alasan semua orang mulai memposting tentang YARD hari ini???
Biarkan saya mengumpulkan semuanya di sini di satu tempat. Saya beritahu Anda, pemikiran menarik muncul ketika Anda membaca suatu topik. Dan pertanyaan yang sangat tidak nyaman.
Mesin ramjet (ramjet engine; istilah bahasa inggrisnya ramjet, dari ram - ram) adalah mesin jet yang desainnya paling sederhana di kelas mesin jet pernafasan udara (ramjet engine). Ini termasuk dalam jenis mesin jet reaksi langsung, di mana daya dorong dihasilkan semata-mata oleh aliran jet yang mengalir dari nosel. Peningkatan tekanan yang diperlukan untuk pengoperasian mesin dicapai dengan mengerem aliran udara yang datang. Mesin ramjet tidak beroperasi pada kecepatan penerbangan rendah, terutama pada kecepatan nol, diperlukan satu atau beberapa akselerator untuk membawanya ke tenaga kerja.
Pada paruh kedua tahun 1950-an, selama era Perang Dingin, desain ramjet dengan reaktor nuklir dikembangkan di AS dan Uni Soviet. 
Foto oleh: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg
Sumber energi mesin ramjet ini (berbeda dengan mesin ramjet lainnya) bukanlah reaksi kimia pembakaran bahan bakar, melainkan panas yang dihasilkan oleh reaktor nuklir di ruang pemanas fluida kerja. Udara dari perangkat masukan dalam ramjet melewati inti reaktor, mendinginkannya, memanas hingga suhu pengoperasian (sekitar 3000 K), dan kemudian mengalir keluar dari nosel dengan kecepatan yang paling sebanding dengan kecepatan pembuangan. mesin roket kimia canggih. Kemungkinan tujuan pesawat dengan mesin seperti itu:
- kendaraan peluncuran jelajah antarbenua bermuatan nuklir;
- pesawat luar angkasa satu tahap.
Kedua negara menciptakan reaktor nuklir kompak dengan sumber daya rendah yang sesuai dengan dimensi roket besar. Di AS, di bawah program penelitian ramjet nuklir Pluto dan Tory, uji coba mesin ramjet nuklir Tory-IIC dilakukan pada tahun 1964 (mode kekuatan penuh 513 MW selama lima menit dengan daya dorong 156 kN). Tidak ada tes penerbangan yang dilakukan dan program ditutup pada bulan Juli 1964. Salah satu alasan penutupan program ini adalah peningkatan desain rudal balistik dengan mesin roket kimia, yang sepenuhnya menjamin penyelesaian misi tempur tanpa menggunakan skema dengan mesin ramjet nuklir yang relatif mahal.
Bukan kebiasaan untuk membicarakan yang kedua di sumber-sumber Rusia sekarang...
Proyek Pluto seharusnya menggunakan taktik penerbangan ketinggian rendah. Taktik ini menjamin kerahasiaan dari radar sistem pertahanan udara Uni Soviet.
Untuk mencapai kecepatan pengoperasian mesin ramjet, Pluto harus diluncurkan dari darat menggunakan paket penguat roket konvensional. Peluncuran reaktor nuklir dimulai hanya setelah Pluto mencapai ketinggian jelajah dan cukup jauh dari pemukiman. Mesin nuklir, yang memberikan jangkauan aksi yang hampir tidak terbatas, memungkinkan roket terbang berputar-putar di atas lautan sambil menunggu perintah untuk beralih ke kecepatan supersonik menuju sasaran di Uni Soviet.
Desain konsep SLAM
Diputuskan untuk melakukan uji statis reaktor skala penuh, yang ditujukan untuk mesin ramjet.
Karena reaktor Pluto menjadi sangat radioaktif setelah diluncurkan, reaktor tersebut dikirim ke lokasi pengujian melalui jalur kereta api otomatis yang dibangun khusus. Sepanjang garis ini, reaktor bergerak sejauh kira-kira dua mil, yang memisahkan tempat uji statis dan bangunan “pembongkaran” besar-besaran. Di dalam gedung, reaktor “panas” dibongkar untuk diperiksa menggunakan peralatan yang dikendalikan dari jarak jauh. Ilmuwan Livermore memantau proses pengujian menggunakan sistem televisi yang terletak di hanggar timah jauh dari tempat pengujian. Untuk berjaga-jaga, hanggar tersebut dilengkapi dengan tempat perlindungan anti-radiasi dengan persediaan makanan dan air untuk dua minggu.
Hanya untuk memasok beton yang dibutuhkan untuk membangun dinding gedung pembongkaran (yang tebalnya enam hingga delapan kaki), pemerintah Amerika membeli seluruh tambang.
Jutaan pon udara bertekanan disimpan dalam pipa produksi minyak sepanjang 25 mil. Udara terkompresi ini seharusnya digunakan untuk mensimulasikan kondisi di mana mesin ramjet berada selama penerbangan dengan kecepatan jelajah.
Untuk memastikan tekanan udara tinggi dalam sistem, laboratorium meminjam kompresor raksasa dari pangkalan kapal selam di Groton, Connecticut.
Pengujian tersebut, yang mana unit tersebut dijalankan dengan kekuatan penuh selama lima menit, memerlukan aliran satu ton udara melalui tangki baja yang diisi dengan lebih dari 14 juta bola baja berdiameter 4 cm. Tangki-tangki ini dipanaskan hingga 730 derajat dengan elemen pemanas tempat minyak dibakar.
Dipasang pada platform kereta api, Tori-2S siap untuk pengujian yang sukses. Mei 1964
Pada tanggal 14 Mei 1961, para insinyur dan ilmuwan di hanggar tempat eksperimen dikendalikan menahan napas ketika mesin ramjet nuklir pertama di dunia, yang dipasang di peron kereta api berwarna merah terang, mengumumkan kelahirannya dengan suara gemuruh yang keras. Tori-2A diluncurkan hanya beberapa detik, selama itu ia tidak mengembangkan daya pengenalnya. Namun tes tersebut dianggap berhasil. Yang paling penting adalah reaktornya tidak menyala, yang sangat ditakuti oleh beberapa perwakilan Komite Energi Atom. Hampir segera setelah pengujian, Merkle mulai mengerjakan pembuatan reaktor Tory kedua, yang seharusnya memiliki tenaga lebih besar dengan bobot lebih ringan.
Pengerjaan Tori-2B belum mencapai kemajuan yang diharapkan. Sebaliknya, Livermore segera membangun Tory-2C, yang memecah keheningan gurun tiga tahun setelah pengujian reaktor pertama. Seminggu kemudian, reaktor dihidupkan kembali dan dioperasikan dengan daya penuh (513 megawatt) selama lima menit. Ternyata radioaktivitas knalpotnya jauh lebih kecil dari yang diperkirakan. Tes ini juga dihadiri oleh para jenderal Angkatan Udara dan pejabat Komite Energi Atom.
Saat ini, pelanggan dari Pentagon yang mendanai proyek Pluto mulai diliputi keraguan. Karena rudal tersebut diluncurkan dari wilayah AS dan terbang di atas wilayah sekutu Amerika pada ketinggian rendah untuk menghindari deteksi oleh sistem pertahanan udara Soviet, beberapa ahli strategi militer bertanya-tanya apakah rudal tersebut akan menimbulkan ancaman bagi sekutu. Bahkan sebelum rudal Pluto menjatuhkan bom ke musuh, rudal tersebut terlebih dahulu akan membuat pingsan, menghancurkan, dan bahkan menyinari sekutu. (Pluto yang terbang di atas diperkirakan akan menghasilkan sekitar 150 desibel kebisingan di darat. Sebagai perbandingan, tingkat kebisingan roket yang mengirim orang Amerika ke Bulan (Saturn V) adalah 200 desibel pada daya dorong penuh.) Tentu saja, gendang telinga akan pecah masalah paling sedikit, jika Anda terkena reaktor telanjang yang terbang di atas, Anda akan digoreng seperti ayam dengan radiasi gamma dan neutron.
Tori-2C
Meskipun pencipta roket berpendapat bahwa Pluto pada dasarnya juga sulit ditangkap, para analis militer mengungkapkan kebingungan mereka tentang bagaimana sesuatu yang begitu berisik, panas, besar, dan radioaktif bisa tetap tidak terdeteksi selama misinya selesai. Pada saat yang sama, Angkatan Udara AS telah mulai mengerahkan rudal balistik Atlas dan Titan, yang mampu mencapai target beberapa jam sebelum reaktor terbang, dan sistem anti-rudal Uni Soviet, yang ketakutannya menjadi pendorong utama. penciptaan Pluto, tidak pernah menjadi penghalang bagi rudal balistik, meskipun uji intersepsi berhasil. Kritik terhadap proyek ini muncul dengan penguraian akronim SLAM mereka sendiri - lambat, rendah, dan berantakan - perlahan, rendah, dan kotor. Setelah uji coba rudal Polaris berhasil, Angkatan Laut, yang awalnya menyatakan minatnya untuk menggunakan rudal tersebut untuk diluncurkan dari kapal selam atau kapal, juga mulai meninggalkan proyek tersebut. Dan terakhir, biaya setiap roket adalah 50 juta dolar. Tiba-tiba Pluto menjadi sebuah teknologi tanpa aplikasi, senjata tanpa target yang layak.
Namun, paku terakhir di peti mati Pluto hanyalah satu pertanyaan. Hal ini tampak sederhana sehingga para Livermoreian dapat dimaafkan karena sengaja tidak memperhatikannya. “Di mana melakukan uji terbang reaktor? Bagaimana Anda meyakinkan orang bahwa selama penerbangan roket tidak akan kehilangan kendali dan terbang di atas Los Angeles atau Las Vegas pada ketinggian rendah?” tanya fisikawan Laboratorium Livermore, Jim Hadley, yang mengerjakan proyek Pluto hingga akhir. Dia saat ini sedang bekerja untuk mendeteksi uji coba nuklir yang dilakukan di negara lain untuk Unit Z. Menurut pengakuan Hadley sendiri, tidak ada jaminan bahwa rudal tersebut tidak akan lepas kendali dan berubah menjadi Chernobyl yang bisa terbang.
Beberapa solusi untuk masalah ini telah diusulkan. Salah satunya adalah peluncuran Pluto di dekat Pulau Wake, di mana roket tersebut akan terbang dengan angka delapan di atas lautan Amerika Serikat. Rudal “panas” seharusnya ditenggelamkan di kedalaman 7 kilometer di laut. Namun, bahkan ketika Komisi Energi Atom meyakinkan orang untuk menganggap radiasi sebagai sumber energi yang tidak terbatas, usulan untuk membuang banyak roket yang terkontaminasi radiasi ke laut sudah cukup untuk menghentikan pekerjaan tersebut.
Pada tanggal 1 Juli 1964, tujuh tahun enam bulan setelah dimulainya pekerjaan, proyek Pluto ditutup oleh Komisi Energi Atom dan Angkatan Udara.
Menurut Hadley, setiap beberapa tahun muncul letnan kolonel baru Angkatan Udara menemukan Pluto. Setelah itu, dia menelepon laboratorium untuk mengetahui nasib ramjet nuklir selanjutnya. Antusiasme letnan kolonel menghilang segera setelah Hadley berbicara tentang masalah radiasi dan uji terbang. Tidak ada yang menelepon Hadley lebih dari sekali.
Jika ada yang ingin menghidupkan kembali Pluto, dia mungkin bisa menemukan beberapa rekrutan di Livermore. Namun jumlahnya tidak akan banyak. Gagasan tentang apa yang bisa menjadi senjata yang sangat gila sebaiknya ditinggalkan di masa lalu.
Karakteristik teknis roket SLAM:
Diameternya adalah 1500 mm.
Panjangnya - 20.000 mm.
Berat - 20 ton.
Kisarannya tidak terbatas (secara teoritis).
Kecepatan di permukaan laut adalah Mach 3.
Persenjataan - 16 bom termonuklir (masing-masing dengan hasil 1 megaton).
Mesinnya adalah reaktor nuklir (berkekuatan 600 megawatt).
Sistem panduan - inersia + TERCOM.
Suhu kulit maksimal adalah 540 derajat Celcius.
Bahan badan pesawat - suhu tinggi, besi tahan karat Rene 41.
Ketebalan selubung - 4 - 10 mm.
Namun demikian, mesin ramjet nuklir menjanjikan sebagai sistem propulsi untuk pesawat luar angkasa satu tahap dan pesawat angkut berat antarbenua berkecepatan tinggi. Hal ini difasilitasi oleh kemungkinan menciptakan ramjet nuklir yang mampu beroperasi pada kecepatan penerbangan subsonik dan nol dalam mode mesin roket, menggunakan cadangan propelan di dalamnya. Misalnya, sebuah pesawat luar angkasa dengan ramjet nuklir mulai (termasuk lepas landas), memasok fluida kerja ke mesin dari tangki di atas (atau di luar) dan, setelah mencapai kecepatan dari M = 1, beralih menggunakan udara atmosfer. .
Seperti yang dikatakan Presiden Rusia V.V. Putin, pada awal tahun 2018, “peluncuran rudal jelajah yang sukses dengan pembangkit listrik tenaga nuklir telah terjadi.” Selain itu, menurutnya, jangkauan rudal jelajah tersebut “tidak terbatas”.
Saya bertanya-tanya di wilayah mana uji coba tersebut dilakukan dan mengapa badan pemantau uji coba nuklir terkait mengecamnya. Atau apakah pelepasan rutenium-106 ke atmosfer pada musim gugur ada hubungannya dengan pengujian ini? Itu. Warga Chelyabinsk tak hanya ditaburi rutenium, tapi juga digoreng?
Bisakah Anda mengetahui di mana roket ini jatuh? Sederhananya, di mana reaktor nuklirnya dipecah? Di tempat latihan apa? Di Novaya Zemlya?
**************************************** ********************
Sekarang mari kita membaca sedikit tentang mesin roket nuklir, meskipun itu ceritanya berbeda
Mesin roket nuklir (NRE) adalah jenis mesin roket yang menggunakan energi fisi atau fusi inti untuk menciptakan daya dorong jet. Mereka bisa berupa cairan (pemanasan fluida kerja cair dalam ruang pemanas dari reaktor nuklir dan pelepasan gas melalui nosel) dan peledakan pulsa (ledakan nuklir berdaya rendah dalam periode waktu yang sama).
Mesin propulsi nuklir tradisional secara keseluruhan adalah suatu struktur yang terdiri dari ruang pemanas dengan reaktor nuklir sebagai sumber panas, sistem suplai fluida kerja dan nosel. Fluida kerja (biasanya hidrogen) disuplai dari tangki ke inti reaktor, di mana, melewati saluran yang dipanaskan oleh reaksi peluruhan nuklir, dipanaskan hingga suhu tinggi dan kemudian dibuang melalui nosel, sehingga menciptakan daya dorong jet. Ada berbagai desain NRD: fase padat, fase cair dan fase gas - sesuai keadaan agregasi bahan bakar nuklir di inti reaktor - gas padat, meleleh atau bersuhu tinggi (atau bahkan plasma). 
Timur. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546
RD-0410 (Indeks GRAU - 11B91, juga dikenal sebagai "Irgit" dan "IR-100") - mesin roket nuklir Soviet pertama dan satu-satunya tahun 1947-78. Ini dikembangkan di biro desain Khimavtomatika, Voronezh.
RD-0410 menggunakan reaktor neutron termal heterogen. Desainnya mencakup 37 unit bahan bakar, ditutupi dengan insulasi termal yang memisahkannya dari moderator. ProyekDiperkirakan bahwa aliran hidrogen pertama-tama melewati reflektor dan moderator, mempertahankan suhunya pada suhu kamar, dan kemudian memasuki inti, di mana ia dipanaskan hingga 3100 K. Pada dudukannya, reflektor dan moderator didinginkan oleh hidrogen terpisah. mengalir. Reaktor tersebut menjalani serangkaian pengujian yang signifikan, tetapi tidak pernah diuji selama durasi pengoperasian penuh. Komponen di luar reaktor telah habis seluruhnya.
********************************
Dan ini adalah mesin roket nuklir Amerika. Diagramnya ada di gambar judul 
Penulis: NASA - Gambar Hebat dalam Deskripsi NASA, Domain Publik, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378
NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) merupakan program gabungan Komisi Energi Atom AS dan NASA untuk menciptakan mesin roket nuklir (NRE) yang berlangsung hingga tahun 1972.
NERVA menunjukkan bahwa sistem propulsi nuklir layak dan cocok untuk eksplorasi ruang angkasa, dan pada akhir tahun 1968 SNPO mengkonfirmasi bahwa modifikasi terbaru NERVA, NRX/XE, memenuhi persyaratan untuk misi berawak ke Mars. Meskipun mesin NERVA dibuat dan diuji semaksimal mungkin dan dianggap siap dipasang di pesawat ruang angkasa, sebagian besar program luar angkasa Amerika dibatalkan oleh pemerintahan Nixon.
NERVA telah dinilai oleh AEC, SNPO, dan NASA sebagai program yang sangat sukses dan telah mencapai atau melampaui tujuannya. Tujuan utama dari program ini adalah untuk “menciptakan dasar teknis untuk sistem propulsi roket nuklir untuk digunakan dalam desain dan pengembangan sistem propulsi untuk misi luar angkasa.” Hampir semua proyek luar angkasa yang menggunakan mesin propulsi nuklir didasarkan pada desain NERVA NRX atau Pewee.
Misi Mars bertanggung jawab atas kematian NERVA. Anggota Kongres dari kedua partai politik telah memutuskan bahwa misi berawak ke Mars akan menjadi komitmen diam-diam Amerika Serikat untuk mendukung perlombaan antariksa yang memakan banyak biaya selama beberapa dekade. Setiap tahun program RIFT tertunda dan tujuan NERVA menjadi lebih kompleks. Bagaimanapun juga, meskipun mesin NERVA telah melalui banyak pengujian yang berhasil dan mendapat dukungan kuat dari Kongres, mesin tersebut tidak pernah meninggalkan Bumi.
Pada bulan November 2017, China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) menerbitkan peta jalan pengembangan program luar angkasa RRT periode 2017-2045. Hal ini khususnya mencakup pembuatan kapal yang dapat digunakan kembali yang ditenagai oleh mesin roket nuklir.
Perjalanan luar angkasa militer Rusia
Banyak keributan di media dan jejaring sosial disebabkan oleh pernyataan Vladimir Putin bahwa Rusia sedang menguji rudal jelajah generasi baru dengan hampir tak terbatas jangkauannya dan oleh karena itu secara praktis kebal terhadap semua sistem pertahanan rudal yang ada dan yang direncanakan.
“Pada akhir tahun 2017 di tempat latihan pusat Federasi Rusia Rudal jelajah terbaru Rusia berhasil diluncurkan dari nuklir energi instalasi. Selama penerbangan, pembangkit listrik mencapai daya yang ditentukan dan memberikan tingkat daya dorong yang diperlukan,” kata Putin dalam pidato tradisionalnya di Majelis Federal.
Rudal tersebut dibahas dalam konteks perkembangan canggih Rusia lainnya di bidang persenjataan, bersama dengan rudal balistik antarbenua Sarmat yang baru, rudal hipersonik Kinzhal, dll. Oleh karena itu, sama sekali tidak mengherankan jika pernyataan Putin dianalisis terutama dalam sebuah jalur militer-politik. Namun, pada kenyataannya, pertanyaannya jauh lebih luas: tampaknya Rusia berada di ambang penguasaan teknologi masa depan yang sebenarnya, yang mampu membawa perubahan revolusioner pada teknologi roket dan luar angkasa, dan banyak lagi. Tapi hal pertama yang pertama…
Teknologi jet: jalan buntu “kimia”.
Hampir sekarang seratus tahun Ketika kita berbicara tentang mesin jet, yang paling sering kita maksud adalah mesin jet kimia. Dan pesawat jet dan roket luar angkasa digerakkan oleh energi yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar di kapal.
Secara umum cara kerjanya seperti ini: bahan bakar memasuki ruang bakar, kemudian dicampur dengan zat pengoksidasi ( udara atmosfer dalam mesin pernafasan atau oksigen dari cadangan di dalam mesin roket). Campuran tersebut kemudian terbakar, dengan cepat melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk panas, yang ditransfer ke gas pembakaran. Ketika dipanaskan, gas dengan cepat mengembang dan seolah-olah keluar melalui nosel mesin dengan kecepatan tinggi. Aliran jet muncul dan dorongan jet tercipta, mendorong pesawat terbang dalam arah yang berlawanan dengan arah aliran jet.
Dia 178 dan Falcon Heavy adalah produk dan mesin yang berbeda, tapi ini tidak mengubah esensinya.
Mesin jet dan roket dengan segala keragamannya (dari jet Heinkel 178 pertama hingga Falcon Heavy milik Elon Musk) menggunakan prinsip ini dengan tepat - hanya pendekatan penerapannya yang berubah. Dan semua perancang peroketan terpaksa, dengan satu atau lain cara, untuk menerima kelemahan mendasar dari prinsip ini: kebutuhan untuk membawa sejumlah besar bahan bakar yang cepat habis ke dalam pesawat. Bagaimana kerja bagus semakin baik kinerja mesin, semakin banyak bahan bakar yang harus dibawa dan semakin sedikit muatan yang dapat dibawa pesawat dalam penerbangan.
Misalnya, berat lepas landas maksimum sebuah pesawat Boeing 747-200 adalah sekitar 380 ton. Dari jumlah tersebut, 170 ton untuk pesawat itu sendiri, sekitar 70 ton untuk muatan (berat kargo dan penumpang), dan 140 ton, atau sekitar 35%, bahan bakar berbobot, yang terbakar saat terbang dengan kecepatan sekitar 15 ton per jam. Artinya, untuk setiap ton muatan terdapat 2,5 ton bahan bakar. Dan roket Proton-M, untuk meluncurkan 22 ton kargo ke orbit referensi rendah, mengkonsumsi sekitar 630 ton bahan bakar, yaitu hampir 30 ton bahan bakar per ton muatan. Seperti yang Anda lihat, “koefisien tindakan yang bermanfaat"Lebih dari sederhana.
Jika kita berbicara tentang penerbangan jarak jauh, misalnya, ke planet lain di tata surya, maka rasio bahan bakar-beban menjadi sangat mematikan. Misalnya, roket Saturn 5 Amerika dapat mengirimkan 45 ton kargo ke Bulan, sambil membakar lebih dari 2000 ton bahan bakar. Dan Falcon Heavy milik Elon Musk, dengan massa peluncuran satu setengah ribu ton, hanya mampu mengirimkan 15 ton kargo ke orbit Mars, yaitu 0,1% dari massa awalnya.
Itu sebabnya berawak penerbangan ke bulan masih merupakan tugas yang berada pada batas kemampuan teknologi umat manusia, dan penerbangan ke Mars melampaui batas tersebut. Lebih buruk lagi: tidak mungkin lagi memperluas kemampuan ini secara signifikan sambil terus meningkatkan kemampuan rudal kimia. Dalam perkembangannya, umat manusia telah “mencapai” batas yang ditentukan oleh hukum alam. Untuk melangkah lebih jauh, diperlukan pendekatan yang berbeda secara mendasar.
Dorongan "Atom".
Pembakaran bahan bakar kimia sudah lama tidak lagi menjadi metode paling efisien dalam menghasilkan energi.
Dari 1 kilogram batu bara Anda bisa mendapatkan energi sekitar 7 kilowatt-jam, sedangkan 1 kilogram uranium mengandung sekitar 620 ribu kilowatt-jam.
Dan jika Anda membuat mesin yang akan menerima energi dari nuklir, dan bukan dari proses kimia, maka mesin seperti itu akan diperlukan puluhan ribu(!) kali lebih sedikit bahan bakar untuk melakukan pekerjaan yang sama. Kelemahan utama mesin jet dapat dihilangkan dengan cara ini. Namun, dari ide hingga implementasi, terdapat jalan panjang yang harus dilalui dengan banyak permasalahan kompleks. Pertama, perlu dibuat reaktor nuklir yang ringan dan cukup kompak sehingga bisa dipasang di pesawat terbang. Kedua, penting untuk mengetahui dengan tepat bagaimana menggunakan energi peluruhan inti atom untuk memanaskan gas di mesin dan menciptakan aliran jet.
Pilihan yang paling jelas adalah dengan melewatkan gas melalui inti reaktor yang panas. Namun, jika berinteraksi langsung dengan kumpulan bahan bakar, gas ini akan menjadi sangat radioaktif. Membiarkan mesin dalam bentuk aliran jet akan sangat mencemari segala sesuatu di sekitarnya, jadi penggunaan mesin seperti itu di atmosfer tidak dapat diterima. Ini berarti panas dari inti harus dipindahkan dengan cara yang berbeda, tetapi bagaimana tepatnya? Dan di mana Anda bisa mendapatkan bahan yang dapat mempertahankan sifat strukturalnya selama berjam-jam pada suhu tinggi?
Lebih mudah lagi untuk membayangkan penggunaan tenaga nuklir pada “kendaraan laut dalam tak berawak”, yang juga disebutkan oleh Putin dalam pesan yang sama. Faktanya, itu akan menjadi sesuatu seperti torpedo super yang akan menyedot air laut, mengubahnya menjadi uap panas, yang akan membentuk aliran jet. Torpedo semacam itu akan mampu melakukan perjalanan ribuan kilometer di bawah air, bergerak di kedalaman berapa pun dan mampu mengenai sasaran apa pun di laut atau pantai. Pada saat yang sama, hampir tidak mungkin untuk mencegatnya dalam perjalanan menuju target.
Saat ini, tampaknya Rusia belum memiliki sampel perangkat tersebut yang siap digunakan. Mengenai rudal jelajah bertenaga nuklir yang dibicarakan Putin, kita tampaknya berbicara tentang uji peluncuran “model ukuran massal” dari rudal tersebut dengan pemanas listrik dan bukan yang nuklir. Hal inilah yang dimaksud dengan kata-kata Putin tentang “mencapai kekuatan tertentu” dan “tingkat daya dorong yang tepat” – yaitu memeriksa apakah mesin perangkat tersebut dapat beroperasi dengan “parameter masukan” tersebut. Tentu saja, tidak seperti sampel bertenaga nuklir, produk “model” tidak mampu terbang dalam jarak yang signifikan, tetapi hal ini tidak diperlukan. Dengan menggunakan sampel seperti itu, dimungkinkan untuk menemukan solusi teknologi yang berkaitan dengan bagian “propulsi” murni, sementara reaktor sedang diselesaikan dan diuji di stand. Pisahkan tahap ini dari penyampaian produk jadi mungkin hanya sebentar – satu atau dua tahun.
Nah, jika mesin seperti itu bisa digunakan pada rudal jelajah, lalu apa yang mencegahnya digunakan dalam penerbangan? Membayangkan pesawat bertenaga nuklir, mampu menempuh jarak puluhan ribu kilometer tanpa mendarat atau mengisi bahan bakar, tanpa menghabiskan ratusan ton bahan bakar penerbangan yang mahal! Secara umum, yang sedang kita bicarakan sebuah penemuan yang di masa depan dapat membuat revolusi nyata di sektor transportasi...
Apakah Mars ada di depan?
Namun, tujuan utama pembangkit listrik tenaga nuklir tampaknya jauh lebih menarik - untuk menjadi jantung nuklir dari pesawat ruang angkasa generasi baru, yang akan memungkinkan adanya hubungan transportasi yang dapat diandalkan dengan planet lain di tata surya. Tentu saja mesin turbojet yang menggunakan udara luar tidak dapat digunakan di ruang tanpa udara. Suka atau tidak, Anda harus membawa bahan tersebut untuk membuat aliran jet di sini. Tugasnya adalah menggunakannya dengan lebih hemat selama pengoperasian, dan untuk itu, laju aliran zat dari nosel mesin harus setinggi mungkin. Pada mesin roket kimia, kecepatan ini mencapai 5 ribu meter per detik (biasanya 2–3 ribu), dan tidak mungkin ditingkatkan secara signifikan.
Kecepatan yang jauh lebih tinggi dapat dicapai dengan menggunakan prinsip berbeda dalam menciptakan aliran jet - percepatan partikel bermuatan (ion) Medan listrik. Kecepatan pancaran pada mesin ion dapat mencapai 70 ribu meter per detik, artinya untuk memperoleh jumlah gerak yang sama diperlukan zat yang dikeluarkan 20-30 kali lebih sedikit. Benar, mesin seperti itu akan mengkonsumsi listrik yang cukup banyak. Dan untuk menghasilkan energi ini diperlukan reaktor nuklir.
Model instalasi reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir kelas megawatt
Mesin roket listrik (ion dan plasma) sudah ada, misalnya. kembali pada tahun 1971 Uni Soviet meluncurkan pesawat ruang angkasa Meteor ke orbit dengan mesin plasma stasioner SPD-60 yang dikembangkan oleh Biro Desain Fakel. Saat ini, mesin serupa secara aktif digunakan untuk mengoreksi orbit satelit Bumi buatan, tetapi tenaganya tidak melebihi 3–4 kilowatt (5 setengah tenaga kuda).
Namun pada tahun 2015, Pusat Penelitian tersebut dinamai demikian. Keldysh mengumumkan pembuatan prototipe mesin ion dengan kekuatan sebesar 35 kilowatt(48 hp). Kedengarannya tidak terlalu mengesankan, tetapi beberapa mesin ini cukup untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa yang bergerak di ruang hampa dan jauh dari medan gravitasi yang kuat. Akselerasi yang diberikan mesin tersebut pada pesawat ruang angkasa akan kecil, tetapi mereka akan mampu mempertahankannya untuk waktu yang lama (mesin ion yang ada memiliki waktu pengoperasian yang terus menerus. hingga tiga tahun).
Di pesawat ruang angkasa modern, mesin roket hanya beroperasi untuk waktu yang singkat, sedangkan untuk sebagian besar penerbangan, kapal terbang karena inersia. Mesin ion, yang menerima energi dari reaktor nuklir, akan beroperasi sepanjang penerbangan - di babak pertama, mempercepat kapal, di babak kedua, mengeremnya. Perhitungan menunjukkan bahwa pesawat ruang angkasa semacam itu dapat mencapai orbit Mars dalam 30-40 hari, dan bukan dalam setahun, seperti kapal bermesin kimia, dan juga membawa modul keturunan yang dapat mengantarkan seseorang ke permukaan Mars. Planet, lalu jemput dia dari sana.