Sergeev Aleksey, 9 MOU classe "A" "École secondaire n° 84"

Consultant scientifique : Directeur adjoint du partenariat à but non lucratif pour les activités scientifiques et innovantes "Tomsk Atomic Center"

Chef :, professeur de physique, MOU "École secondaire n° 84" ZATO Seversk

introduction

Les systèmes de propulsion à bord du vaisseau spatial sont conçus pour générer une poussée ou un moment angulaire. Selon le type de poussée utilisé, le système de propulsion est divisé en chimique (CRD) et non chimique (NHRD). Les HRM sont divisés en propergol liquide (LPRE), solide (moteurs de fusée à propergol solide) et combiné (KRD). À leur tour, les systèmes de propulsion non chimiques sont divisés en nucléaire (NRE) et électrique (ERE). Le grand scientifique Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, il y a un siècle, a créé le premier modèle d'un système de propulsion qui fonctionnait avec des combustibles solides et liquides. Après, dans la seconde moitié du 20e siècle, des milliers de vols ont été effectués en utilisant principalement des moteurs à ergols liquides et des ergols solides.

Cependant, à l'heure actuelle, pour les vols vers d'autres planètes, sans parler des étoiles, l'utilisation de moteurs-fusées à ergols liquides et à propergol solide devient de plus en plus peu rentable, bien que de nombreux RD aient été développés. Très probablement, les capacités des moteurs-fusées à propergol liquide et des propergols solides se sont complètement épuisées. La raison ici est que l'impulsion spécifique de toutes les voies de circulation chimiques est faible et ne dépasse pas 5000 m/s, ce qui nécessite un fonctionnement de propulsion à long terme et, par conséquent, de grandes réserves de carburant pour développer des vitesses suffisamment élevées, ou, comme il est d'usage en cosmonautique , de grandes valeurs du nombre de Tsiolkovsky sont requises, c'est-à-dire le rapport de la masse de la fusée alimentée à la masse de la fusée vide. Ainsi, le LV Energia, qui injecte 100 tonnes de charge utile en orbite basse, a une masse au lancement d'environ 3000 tonnes, ce qui donne une valeur pour le nombre de Tsiolkovsky à moins de 30.

Pour un vol vers Mars, par exemple, le nombre de Tsiolkovsky devrait être encore plus élevé, atteignant des valeurs de 30 à 50. Il n'est pas difficile d'estimer qu'avec une charge utile d'environ 1 000 tonnes, c'est-à-dire dans de telles limites, la masse minimale requise pour fournir tout l'équipage nécessaire au départ vers Mars fluctue Compte tenu de l'approvisionnement en carburant pour le vol de retour vers la Terre, la masse initiale de l'engin spatial devrait être d'au moins 30 000 tonnes, ce qui est clairement en dehors du niveau de développement de la cosmonautique moderne basée sur l'utilisation de moteurs-fusées à propergol liquide et de propergol solide.

Ainsi, pour atteindre même les planètes les plus proches par des équipages habités, il est nécessaire de développer des lanceurs sur des moteurs fonctionnant sur des principes différents des systèmes de propulsion chimique. Les plus prometteurs à cet égard sont les moteurs à réaction électriques (ERE), les moteurs-fusées thermochimiques et les moteurs à réaction nucléaires (NRE).

1 notions de base

Un moteur-fusée est un moteur à réaction qui n'utilise pas l'environnement (air, eau) pour fonctionner. Les moteurs de fusée chimiques sont les plus utilisés. D'autres types de moteurs de fusée sont en cours de développement et de test - électriques, nucléaires et autres. Les moteurs de fusée les plus simples fonctionnant aux gaz comprimés sont également largement utilisés dans les stations spatiales et les engins spatiaux. L'azote y est généralement utilisé comme fluide de travail. /un/

Classification des systèmes de propulsion

2. But des moteurs de fusée

Selon leur objectif, les moteurs de fusée sont divisés en plusieurs types principaux : accélération (démarrage), freinage, croisière, contrôle et autres. Les moteurs de fusée sont principalement utilisés sur les fusées (d'où le nom). De plus, les moteurs de fusée sont parfois utilisés dans l'aviation. Les moteurs de fusée sont les principaux moteurs de l'exploration spatiale.

Les missiles militaires (de combat) sont généralement à propergol solide. Cela est dû au fait qu'un tel moteur est ravitaillé en usine et ne nécessite aucun entretien pendant toute la durée de stockage et de service de la fusée elle-même. Les moteurs à propergol solide sont souvent utilisés comme propulseurs pour les fusées spatiales. Particulièrement largement, à ce titre, ils sont utilisés aux États-Unis, en France, au Japon et en Chine.

Les moteurs-fusées à propergol liquide ont des caractéristiques de poussée plus élevées que ceux à propergol solide. Par conséquent, ils sont utilisés pour lancer des fusées spatiales en orbite autour de la Terre et pour des vols interplanétaires. Les principaux carburants liquides pour fusées sont le kérosène, l'heptane (diméthylhydrazine) et l'hydrogène liquide. Pour ces types de carburant, un agent oxydant (oxygène) est requis. L'acide nitrique et l'oxygène liquéfié sont utilisés comme agents oxydants dans de tels moteurs. L'acide nitrique est inférieur à l'oxygène liquéfié en termes de propriétés oxydantes, mais ne nécessite pas de maintenir un régime de température spécial pendant le stockage, le ravitaillement et l'utilisation des fusées

Les moteurs pour les vols spatiaux diffèrent des moteurs terrestres en ce qu'ils, avec la plus petite masse et le plus petit volume possible, doivent générer autant de puissance que possible. De plus, ils sont soumis à des exigences telles qu'une efficacité et une fiabilité extrêmement élevées, une durée de fonctionnement importante. Selon le type d'énergie utilisé, les systèmes de propulsion des engins spatiaux se subdivisent en quatre types : thermochimique, nucléaire, électrique, solaire - voile. Chacun de ces types a ses propres avantages et inconvénients et peut être utilisé dans certaines conditions.

Actuellement, les engins spatiaux, les stations orbitales et les satellites terrestres sans pilote sont lancés dans l'espace par des fusées équipées de puissants moteurs thermochimiques. Il existe également des moteurs miniatures à faible poussée. Il s'agit d'une copie miniature de moteurs puissants. Certains d'entre eux peuvent tenir dans la paume de votre main. La poussée de tels moteurs est très faible, mais elle suffit pour contrôler la position du vaisseau dans l'espace.

3. Moteurs de fusée thermochimiques.

On sait que l'oxygène de l'air prend une part active dans le moteur à combustion interne, dans le four d'une chaudière à vapeur - partout où la combustion a lieu. Il n'y a pas d'air dans l'espace, et pour que les moteurs de fusée fonctionnent dans l'espace, il est nécessaire d'avoir deux composants - un carburant et un comburant.

Dans les moteurs de fusée thermochimiques liquides, l'alcool, le kérosène, l'essence, l'aniline, l'hydrazine, la diméthylhydrazine et l'hydrogène liquide sont utilisés comme carburant. L'oxygène liquide, le peroxyde d'hydrogène et l'acide nitrique sont utilisés comme agents oxydants. Peut-être qu'à l'avenir, le fluor liquide sera utilisé comme agent oxydant lorsque des méthodes de stockage et d'utilisation d'un produit chimique aussi actif seront inventées.

Le carburant et le comburant pour les moteurs à jet liquide sont stockés séparément, dans des réservoirs spéciaux et pompés dans la chambre de combustion à l'aide de pompes. Lorsqu'ils sont combinés dans la chambre de combustion, une température allant jusqu'à 3000 - 4500 ° C se développe.

Les produits de combustion, en expansion, acquièrent une vitesse de 2500 à 4500 m/s. En poussant du corps du moteur, ils créent une poussée de jet. De plus, plus la masse et la vitesse du gaz sortant sont grandes, plus la force de poussée du moteur est grande.

Il est d'usage d'estimer la poussée spécifique des moteurs par la quantité de poussée créée par une unité de masse de carburant brûlé par seconde. Cette valeur est appelée impulsion spécifique du moteur-fusée et se mesure en secondes (kg de poussée / kg de carburant brûlé par seconde). Les meilleurs moteurs de fusée à propergol solide ont une impulsion spécifique allant jusqu'à 190 s, c'est-à-dire que 1 kg de carburant brûlant en une seconde crée une poussée de 190 kg. Le moteur-fusée hydrogène-oxygène a une impulsion spécifique de 350 s. En théorie, un moteur à hydrogène-fluor peut développer une impulsion spécifique de plus de 400s.

Le schéma couramment utilisé d'un moteur-fusée à propergol liquide fonctionne comme suit. Le gaz comprimé crée la pression nécessaire dans les réservoirs de carburant cryogénique pour empêcher la formation de bulles de gaz dans les canalisations. Les pompes alimentent en carburant les moteurs-fusées. Le carburant est injecté dans la chambre de combustion par un grand nombre d'injecteurs. Un comburant est également injecté dans la chambre de combustion par les buses.

Dans toute voiture, lors de la combustion du carburant, d'importants flux de chaleur se forment, chauffant les parois du moteur. Si vous ne refroidissez pas les parois de la chambre, elle brûlera rapidement, quel que soit le matériau dont elle est faite. Un moteur à réaction à propergol liquide est généralement refroidi par l'un des composants du propergol. Pour cela, la chambre est réalisée à deux parois. Le composant de combustible froid s'écoule dans l'espace entre les parois.

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2 - chambres de combustion principales ;

3 - cadre de puissance;

4 - générateur de gaz;

5 - échangeur de chaleur sur la turbine ;

6 - pompe à oxydant;

7 - pompe à essence

Une force de poussée importante est créée par un moteur fonctionnant à l'oxygène liquide et à l'hydrogène liquide. Dans le jet stream de ce moteur, les gaz s'engouffrent à une vitesse d'un peu plus de 4 km/s. La température de ce jet est d'environ 3000°C, et il est constitué de vapeur d'eau surchauffée, qui se forme lors de la combustion d'hydrogène et d'oxygène. Les principales données des carburants typiques pour les moteurs à réaction liquides sont données dans le tableau n ° 1

Mais l'oxygène, avec ses avantages, a un inconvénient - à des températures normales, c'est un gaz. Il est clair qu'il est impossible d'utiliser de l'oxygène gazeux dans une fusée, car dans ce cas il faudrait le stocker sous haute pression dans des cylindres massifs. Par conséquent, Tsiolkovsky, qui fut le premier à proposer l'oxygène comme composant du carburant des fusées, parla de l'oxygène liquide comme un composant sans lequel les vols spatiaux ne seraient pas possibles. Pour transformer l'oxygène en liquide, il doit être refroidi à -183°C. Cependant, l'oxygène liquéfié s'évapore facilement et rapidement, même s'il est stocké dans des récipients spéciaux calorifugés. Il est donc impossible de garder longtemps chargée une fusée dont le moteur utilise de l'oxygène liquide comme comburant. Il est nécessaire de remplir le réservoir d'oxygène d'une telle fusée juste avant le lancement. Si cela est possible pour les missiles spatiaux et autres missiles civils, alors pour les missiles militaires qui doivent être maintenus prêts à être lancés immédiatement pendant longtemps, cela est inacceptable. L'acide nitrique ne présente pas cet inconvénient et est donc un agent oxydant « persistant ». Cela explique sa forte position dans les fusées, notamment militaires, malgré la poussée nettement plus faible qu'elle procure. L'utilisation de l'agent oxydant le plus puissant connu en chimie, le fluor, augmentera considérablement l'efficacité des moteurs à réaction à ergols liquides. Cependant, le fluor liquide est très peu pratique à utiliser et à stocker en raison de sa toxicité et de son faible point d'ébullition (-188°C). Mais cela n'arrête pas les savants : des moteurs expérimentaux au fluor existent déjà et sont testés en laboratoire et sur des stands expérimentaux. Dans les années trente, un scientifique soviétique suggérait dans ses écrits d'utiliser des métaux légers comme carburant dans les vols interplanétaires, à partir desquels un vaisseau spatial serait fabriqué - lithium, béryllium, aluminium, etc. Surtout comme additif au carburant conventionnel, par exemple, l'hydrogène - oxygène. Ces "triples compositions" sont capables de fournir la vitesse de sortie la plus élevée possible pour les carburants chimiques - jusqu'à 5 km / s. Mais c'est pratiquement la limite des ressources de la chimie. Elle ne peut pratiquement pas faire plus. Bien que les moteurs-fusées à propergol liquide prévalent encore dans la description proposée, il faut dire que le premier dans l'histoire de l'humanité a été créé un moteur-fusée thermochimique à propergol solide - un moteur-fusée à propergol solide. Le carburant - par exemple la poudre à canon spéciale - se trouve directement dans la chambre de combustion. Une chambre de combustion avec une buse à jet, remplie de combustible solide - c'est toute la structure. Le mode de combustion du combustible solide dépend de l'objectif de la fusée à propergol solide (démarrage, soutien ou combiné). Pour les missiles à propergol solide utilisés dans les affaires militaires, la présence d'un moteur de lancement et de soutien est caractéristique. Le moteur à propergol solide de démarrage développe une poussée élevée pendant un temps très court, ce qui est nécessaire pour que le missile quitte le lanceur et son accélération initiale. Le propergol solide de maintien est conçu pour maintenir une vitesse de vol de missile constante dans la section principale (de maintien) de la trajectoire de vol. Les différences entre eux se situent principalement dans la conception de la chambre de combustion et le profil de la surface de combustion de la charge de carburant, qui déterminent le taux de combustion du carburant dont dépendent le temps de fonctionnement et la poussée du moteur. Contrairement à ces fusées, les lanceurs spatiaux pour le lancement de satellites terrestres, de stations orbitales et d'engins spatiaux, ainsi que les stations interplanétaires, ne fonctionnent qu'en mode de démarrage depuis le lancement de la fusée jusqu'au lancement de l'objet en orbite autour de la Terre ou pour une trajectoire interplanétaire. En général, les moteurs-fusées à propergol solide ne présentent pas beaucoup d'avantages par rapport aux moteurs à carburant liquide : ils sont faciles à fabriquer, peuvent être stockés longtemps, sont toujours prêts à l'emploi et sont relativement antidéflagrants. Mais en termes de poussée spécifique, les moteurs à combustible solide sont 10 à 30% inférieurs aux moteurs liquides.

4 moteurs de fusée électriques

Presque tous les moteurs de fusée décrits ci-dessus développent une force de poussée énorme et sont conçus pour lancer des engins spatiaux en orbite autour de la Terre et les accélérer à des vitesses spatiales pour les vols interplanétaires. C'est une tout autre affaire - les systèmes de propulsion pour les engins spatiaux déjà lancés en orbite ou dans la trajectoire interplanétaire. Ici, en règle générale, des moteurs de faible puissance (plusieurs kilowatts ou même watts) sont nécessaires qui peuvent fonctionner pendant des centaines et des milliers d'heures et s'allumer et s'éteindre à plusieurs reprises. Ils permettent de maintenir le vol en orbite ou le long d'une trajectoire donnée, en compensant la résistance de vol créée par la haute atmosphère et le vent solaire. Dans les moteurs de fusée électriques, un fluide de travail est accéléré à une certaine vitesse en le chauffant avec de l'énergie électrique. L'électricité provient de panneaux solaires ou d'une centrale nucléaire. Les méthodes de chauffage du fluide de travail sont différentes, mais en réalité il est principalement utilisé par arc électrique. Il s'est montré très fiable et résiste à un grand nombre d'inclusions. L'hydrogène est utilisé comme milieu de travail dans les moteurs à arc électrique. Un arc électrique chauffe l'hydrogène à très haute température et le transforme en plasma, un mélange électriquement neutre d'ions positifs et d'électrons. La vitesse de sortie du plasma du moteur atteint 20 km / s. Lorsque les scientifiques résoudront le problème de l'isolement magnétique du plasma des parois de la chambre du moteur, il sera alors possible d'augmenter considérablement la température du plasma et d'amener la vitesse d'écoulement jusqu'à 100 km / s. Le premier moteur de fusée électrique a été développé en Union soviétique au cours des années. sous la direction (plus tard il est devenu le créateur de moteurs pour fusées spatiales soviétiques et un académicien) dans le célèbre laboratoire de dynamique des gaz (GDL). / 10 /

5.Autres types de moteurs

Il existe également des projets plus exotiques de moteurs de fusées nucléaires, dans lesquels la substance fissile est à l'état liquide, gazeux ou même plasma, cependant, la mise en œuvre de telles structures au niveau actuel de la technologie et de la technologie est irréaliste. Il y a, alors qu'au stade théorique ou de laboratoire, les projets de moteurs de fusée suivants

Moteurs de fusée nucléaires pulsés utilisant l'énergie des explosions de petites charges nucléaires ;

Les moteurs-fusées thermonucléaires qui peuvent utiliser un isotope d'hydrogène comme carburant. La productivité énergétique de l'hydrogène dans une telle réaction est de 6,8 * 1011 KJ / kg, soit environ deux ordres de grandeur supérieur à la productivité des réactions de fission nucléaire;

Moteurs à voile solaire - dans lesquels la pression de la lumière du soleil (vent solaire) est utilisée, dont l'existence a été prouvée expérimentalement par un physicien russe en 1899. Par calcul, les scientifiques ont établi qu'un appareil d'une masse de 1 tonne, équipé d'une voile d'un diamètre de 500 m, peut voler de la Terre à Mars en environ 300 jours. Cependant, l'efficacité d'une voile solaire diminue rapidement avec l'éloignement du Soleil.

6 moteurs de fusée nucléaires

L'un des principaux inconvénients des moteurs-fusées à ergols liquides est lié au débit limité des gaz. Dans les moteurs-fusées nucléaires, il semble possible d'utiliser l'énergie colossale libérée lors de la décomposition du "combustible" nucléaire pour chauffer la substance active. Le principe de fonctionnement des moteurs de fusée nucléaires est presque le même que le principe de fonctionnement des moteurs thermochimiques. La différence réside dans le fait que le fluide de travail est chauffé non pas en raison de sa propre énergie chimique, mais en raison de l'énergie « étrangère » libérée lors de la réaction intranucléaire. Le fluide de travail traverse un réacteur nucléaire, dans lequel se produit la réaction de fission des noyaux atomiques (par exemple, l'uranium) et se réchauffe en même temps. Les moteurs de fusée nucléaires éliminent le besoin d'un oxydant et donc un seul liquide peut être utilisé. En tant que fluide de travail, il est conseillé d'utiliser des substances qui permettent au moteur de développer une force de poussée élevée. Cette condition est pleinement satisfaite par l'hydrogène, suivi par l'ammoniac, l'hydrazine et l'eau. Les processus au cours desquels l'énergie nucléaire est libérée se subdivisent en transformations radioactives, réactions de fission de noyaux lourds et réaction de fusion de noyaux légers. Les transformations radio-isotopiques sont réalisées dans les sources d'énergie dites isotopiques. L'énergie massique spécifique (l'énergie qu'une substance pesant 1 kg peut libérer) des isotopes radioactifs artificiels est beaucoup plus élevée que celle des combustibles chimiques. Ainsi, pour 210Ро elle est égale à 5 * 10 8 KJ/kg, alors que pour le combustible chimique le plus énergétique (béryllium avec oxygène) cette valeur ne dépasse pas 3 * 10 4 KJ/kg. Malheureusement, il n'est pas rationnel d'utiliser de tels moteurs sur des lanceurs spatiaux. La raison en est le coût élevé de la substance isotopique et la difficulté de fonctionnement. Après tout, l'isotope libère de l'énergie en permanence, même lorsqu'il est transporté dans un conteneur spécial et lorsque la fusée est garée au départ. Un combustible plus économe en énergie est utilisé dans les réacteurs nucléaires. Ainsi, l'énergie massique spécifique du 235U (l'isotope fissile de l'uranium) est de 6,75 * 10 9 kJ/kg, soit environ un ordre de grandeur supérieur à celui de l'isotope 210Ро. Ces moteurs peuvent être allumés et éteints, le combustible nucléaire (233U, 235U, 238U, 239Pu) est beaucoup moins cher que le combustible isotopique. Dans de tels moteurs, non seulement l'eau peut être utilisée comme fluide de travail, mais également des substances de travail plus efficaces - alcool, ammoniac, hydrogène liquide. La poussée spécifique d'un moteur à hydrogène liquide est de 900 s. Dans le schéma le plus simple d'un moteur de fusée nucléaire avec un réacteur fonctionnant au combustible nucléaire solide, le fluide de travail est situé dans le réservoir. La pompe le refoule dans la chambre du moteur. En pulvérisant à l'aide de buses, le fluide de travail entre en contact avec le combustible nucléaire générateur de chaleur, se réchauffe, se dilate et est projeté à grande vitesse à travers la buse. Le combustible nucléaire surpasse tout autre type de combustible en matière de stockage d'énergie. Une question naturelle se pose alors : pourquoi les installations sur ce combustible ont-elles encore une poussée spécifique relativement faible et une masse importante ? Le fait est que la poussée spécifique d'un moteur de fusée nucléaire à phase solide est limitée par la température de la matière fissile et que la centrale émet de forts rayonnements ionisants pendant son fonctionnement, ce qui a un effet nocif sur les organismes vivants. La protection biologique contre ces rayonnements est d'une grande importance et ne s'applique pas aux engins spatiaux. Le développement pratique des moteurs de fusée nucléaires utilisant du combustible nucléaire solide a commencé au milieu des années 1950 en Union soviétique et aux États-Unis, presque simultanément avec la construction des premières centrales nucléaires. Le travail a été effectué dans une atmosphère de secret accru, mais on sait que de tels moteurs de fusée n'ont pas encore été réellement utilisés en astronautique. Jusqu'à présent, tout s'est limité à l'utilisation de sources d'électricité isotopiques de puissance relativement faible sur des satellites terrestres artificiels sans pilote, des engins spatiaux interplanétaires et le célèbre "rover lunaire" soviétique.

7. Les réacteurs nucléaires, le principe de fonctionnement, les méthodes d'obtention d'une impulsion dans le NRE.

Les NRE tirent leur nom du fait qu'ils créent une poussée grâce à l'utilisation de l'énergie nucléaire, c'est-à-dire l'énergie libérée à la suite de réactions nucléaires. De manière générale, ces réactions désignent toute modification de l'état énergétique des noyaux atomiques, ainsi que la transformation de certains noyaux en d'autres, associée à un réarrangement de la structure des noyaux ou à une modification du nombre de particules élémentaires qu'ils contiennent. - les nucléons. De plus, comme on le sait, les réactions nucléaires peuvent se produire soit spontanément (c'est-à-dire spontanément), soit être induites artificiellement, par exemple, lorsque certains noyaux sont bombardés avec d'autres (ou particules élémentaires). Les réactions de fission et de fusion nucléaires en termes d'énergie dépassent les réactions chimiques respectivement de millions et de dizaines de millions de fois. Cela s'explique par le fait que l'énergie de liaison chimique des atomes dans les molécules est plusieurs fois inférieure à l'énergie de liaison nucléaire des nucléons du noyau. L'énergie nucléaire dans les moteurs de fusée peut être utilisée de deux manières :

1. L'énergie libérée est utilisée pour chauffer le fluide de travail, qui se dilate ensuite dans la tuyère, tout comme dans un moteur de fusée conventionnel.

2. L'énergie nucléaire est convertie en énergie électrique puis utilisée pour ioniser et accélérer les particules du fluide de travail.

3. Enfin, l'impulsion est créée par les produits de fission eux-mêmes, formés dans le processus DIV_ADBLOCK349 ">

Par analogie avec les moteurs-fusées à ergols liquides, le fluide de travail initial du NRE est stocké à l'état liquide dans le réservoir du système propulsif et est alimenté par un groupe turbopompe. Le gaz pour faire tourner cette unité, constituée d'une turbine et d'une pompe, peut être généré dans le réacteur lui-même.

Le schéma d'un tel système de propulsion est représenté sur la figure.

Il existe de nombreux NRE avec un réacteur à fission :

Phase solide

Phase gazeuse

NRE avec réacteur à fusion

Pulse NRE et autres

De tous les types possibles de NRE, les plus développés sont le moteur thermique à radio-isotope et le moteur à réacteur à fission en phase solide. Mais si les caractéristiques des radio-isotopes NRE ne permettent pas d'espérer leur généralisation en astronautique (du moins dans un avenir proche), alors la création des NRE en phase solide ouvre de grandes perspectives pour l'astronautique. Un NRE typique de ce type contient un réacteur à phase solide sous la forme d'un cylindre d'une hauteur et d'un diamètre d'environ 1 à 2 m (lorsque ces paramètres sont proches, la fuite de neutrons de fission dans l'espace environnant est minime).

Le réacteur est constitué d'un cœur ; un réflecteur entourant cette zone ; organes directeurs; boîtier d'alimentation et d'autres éléments. Le cœur contient du combustible nucléaire - des matières fissiles (uranium enrichi), enfermées dans des éléments combustibles, et un modérateur ou diluant. Le réacteur représenté sur la figure est homogène - dans celui-ci, le modérateur fait partie des éléments combustibles, étant mélangé de manière homogène avec le combustible. Le ralentisseur peut être placé séparément du combustible nucléaire. Dans ce cas, le réacteur est dit hétérogène. Les diluants (ils peuvent être, par exemple, des métaux réfractaires - tungstène, molybdène) sont utilisés pour conférer des propriétés spéciales aux substances fissiles.

Les éléments combustibles du réacteur en phase solide sont percés de canaux dans lesquels circule le fluide de travail NRE en s'échauffant progressivement. Les canaux ont un diamètre de l'ordre de 1 à 3 mm, et leur surface totale est de 20 à 30 % de la section transversale du noyau. Le cœur est suspendu au moyen d'une grille spéciale à l'intérieur du boîtier de puissance afin qu'il puisse se dilater lorsque le réacteur est chauffé (sinon il s'effondrerait en raison des contraintes thermiques).

Le cœur subit des charges mécaniques élevées liées à l'action de pertes de charge hydrauliques importantes (jusqu'à plusieurs dizaines d'atmosphères) dues au fluide de travail en circulation, des contraintes thermiques et des vibrations. L'augmentation de la taille du coeur lors du chauffage du réacteur atteint plusieurs centimètres. La zone active et le réflecteur sont placés à l'intérieur d'un corps de force robuste qui perçoit la pression du fluide de travail et la poussée générée par la buse à jet. Le corps est fermé par un couvercle solide. Il accueille des mécanismes d'entraînement pneumatiques, à ressort ou électriques des organes de régulation, des nœuds pour la fixation du NRE au vaisseau spatial, des brides pour la connexion du NRE aux conduites d'alimentation en fluide de travail. Une unité de pompe turbo peut également être située sur le couvercle.

8 - Buse,

9 - Attache buse expansible,

10 - Sélection de la substance de travail pour la turbine,

11 - Corps de puissance,

12 - Tambour de contrôle,

13 - Échappement de turbine (utilisé pour contrôler l'orientation et augmenter la poussée),

14 - Anneau d'entraînement des tambours de contrôle)

Au début de 1957, l'orientation finale des travaux du Laboratoire de Los Alamos est déterminée et la décision est prise de construire un réacteur nucléaire au graphite avec du combustible à l'uranium dispersé dans du graphite. Le réacteur Kiwi-A créé dans ce sens a été testé en 1959 le 1er juillet.

Moteur à réaction nucléaire américain à semi-conducteurs XE Prime sur un banc d'essai (1968)

En plus de la construction du réacteur, le laboratoire de Los Alamos battait son plein sur la construction d'un site d'essai spécial au Nevada, et a également exécuté un certain nombre de commandes spéciales de l'US Air Force dans des domaines connexes (développement de TNRD individuels unités). Au nom du laboratoire de Los Alamos, toutes les commandes spéciales pour la fabrication d'unités individuelles ont été exécutées par les sociétés suivantes : Aerojet General, une division Rocketdyne de North American Aviation. À l'été 1958, tout le contrôle de la mise en œuvre du programme Rover a été transféré de l'US Air Force à la nouvelle National Aeronautics and Space Administration (NASA). À la suite d'un accord spécial entre le CAE et la NASA, au milieu de l'été 1960, l'Office of Space Nuclear Engines a été formé sous la direction de G. Finger, qui a ensuite dirigé le programme Rover.

Les résultats de six « tests à chaud » de moteurs à réaction nucléaires ont été très encourageants et, au début de 1961, un rapport d'essais en vol du réacteur (RJFT) a été publié. Puis, à la mi-1961, le projet Nerva a été lancé (l'utilisation d'un moteur nucléaire pour les fusées spatiales). Aerojet General a été choisi comme entrepreneur général et Westinghouse comme sous-traitant responsable de la construction du réacteur.

10.2 Travail sur TNRE en Russie

Américain "href =" / text / category / amerikanetc / "rel =" bookmark "> Américains, les scientifiques russes ont utilisé les tests les plus économiques et les plus efficaces des éléments combustibles individuels dans les réacteurs de recherche. Salyut ", KB Khimavtomatiki, IAE, NIKIET et NPO Luch (PNITI) pour développer divers projets d'ergols nucléaires spatiaux et d'unités de propulsion nucléaire hybride. À KB Khimavtomatiki sous la direction scientifique du NIITP (les éléments du réacteur étaient responsables de FEI, IAE, NIKIET, NIITVEL, NPO " Luch ", MAI) étaient établi COUR RD 0411 et un moteur nucléaire de dimension minimale RD 0410 avec une poussée de 40 et 3,6 tonnes, respectivement.

En conséquence, un réacteur, un moteur "froid" et un prototype de banc d'essai sur l'hydrogène gazeux ont été fabriqués. Contrairement à l'américain, avec une impulsion spécifique ne dépassant pas 8 250 m / s, le TNRE soviétique, en raison de l'utilisation d'éléments combustibles plus résistants à la chaleur et avancés et d'une température élevée dans le cœur, avait cet indicateur égal à 9100 m/s et plus. La base de banc pour tester le TNRM de l'expédition conjointe de NPO "Luch" était située à 50 km au sud-ouest de la ville de Semipalatinsk-21. Elle a commencé à travailler en 1962. Dans des années. les éléments combustibles grandeur nature des prototypes du moteur de fusée nucléaire ont été testés sur le site d'essai. Dans ce cas, les gaz résiduaires sont entrés dans le système d'évacuation fermé. Le complexe de bancs Baïkal-1 pour les essais grandeur nature de moteurs nucléaires est situé à 65 km au sud de la ville de Semipalatinsk-21. De 1970 à 1988, une trentaine de « démarrages à chaud » des réacteurs ont été effectués. Dans le même temps, la puissance ne dépassait pas 230 MW avec un débit d'hydrogène pouvant atteindre 16,5 kg/sec et sa température en sortie de réacteur de 3100 K. Tous les lancements ont été réussis, sans accident, et selon le plan.

TYRD RD-0410 soviétique - le seul moteur de fusée nucléaire industriel fonctionnel et fiable au monde

À l'heure actuelle, ces travaux à la décharge ont été interrompus, bien que l'équipement soit maintenu dans un état relativement efficace. La base de banc de NPO Luch est le seul complexe expérimental au monde où il est possible de réaliser des essais d'éléments de réacteurs NRD sans coûts financiers et temporels importants. Il est possible que la reprise aux Etats-Unis des travaux sur TNRE pour les vols vers la Lune et Mars dans le cadre du programme Space Research Initiative avec la participation prévue de spécialistes de Russie et du Kazakhstan conduise à la reprise de la base de Semipalatinsk et la mise en œuvre de l'expédition « martienne » dans les années 2020. ...

Caractéristiques principales

Impulsion spécifique sur l'hydrogène : 910 - 980 seconde(théorie jusqu'à 1000 seconde).

· Vitesse de sortie du fluide de travail (hydrogène): 9100 - 9800 m / sec.

· Poussée réalisable : jusqu'à des centaines et des milliers de tonnes.

· Températures maximales de fonctionnement : 3000°C - 3700°C (activation de courte durée).

· Durée de vie : jusqu'à plusieurs milliers d'heures (activation périodique). /5/

11.Appareil

Dispositif du moteur de fusée nucléaire soviétique à phase solide RD-0410

1 - ligne du réservoir de fluide de travail

2 - groupe motopompe

3 - entraînement du tambour de régulation

4 - protection contre les radiations

5 - tambour de réglage

6 - ralentisseur

7 - assemblage combustible

8 - cuve de réacteur

9 - fond de feu

10 - ligne de refroidissement de buse

11- chambre de buse

12 - buse

12.Principe de travail

Le TNRP, selon son principe de fonctionnement, est un réacteur-échangeur de chaleur à haute température, dans lequel un fluide de travail (hydrogène liquide) est introduit sous pression, et au fur et à mesure qu'il s'échauffe à des températures élevées (supérieures à 3000°C), il est éjecté par une buse refroidie. La régénération de chaleur dans la buse est très bénéfique, car elle permet de chauffer l'hydrogène beaucoup plus rapidement et, en utilisant une quantité importante d'énergie thermique, d'augmenter l'impulsion spécifique jusqu'à 1000 sec (9100-9800 m / s) .

réacteur nucléaire de moteur de fusée

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14.Corps de travail

L'hydrogène liquide avec des additifs fonctionnels supplémentaires (hexane, hélium) est utilisé comme fluide de travail dans le TNRP en tant que réfrigérant le plus efficace permettant d'atteindre des valeurs d'impulsion spécifiques élevées. En plus de l'hydrogène, de l'hélium, de l'argon et d'autres gaz inertes peuvent être utilisés. Mais dans le cas de l'utilisation d'hélium, l'impulsion spécifique atteignable diminue fortement (du double) et le coût du fluide caloporteur augmente fortement. L'argon est beaucoup moins cher que l'hélium et peut être utilisé dans un TNRP, mais ses propriétés thermophysiques sont bien inférieures à l'hélium et encore plus à l'hydrogène (4 fois moins d'impulsion spécifique). Des gaz inertes plus lourds, en raison d'indicateurs thermophysiques et économiques (coût élevé) encore pires, ne peuvent pas être utilisés dans le TNRD. L'utilisation de l'ammoniac comme milieu de travail est en principe possible, mais à haute température, les atomes d'azote formés lors de la décomposition de l'ammoniac provoquent une corrosion à haute température des éléments TNRP. De plus, l'impulsion spécifique atteignable est si faible qu'elle est inférieure à certains combustibles chimiques. En général, l'utilisation d'ammoniac est peu pratique. L'utilisation d'hydrocarbures comme fluide de travail est également possible, mais de tous les hydrocarbures, seul le méthane peut être utilisé en raison de la plus grande stabilité. Les hydrocarbures sont montrés dans une plus large mesure comme des additifs fonctionnels au fluide de travail. En particulier, l'ajout d'hexane à l'hydrogène améliore le fonctionnement du TNRP en termes de physique nucléaire et augmente la durée de vie du combustible carbure.

Caractéristiques comparées des organes de travail du NRM

Organe de travail	Densité, g/cm3	Poussée spécifique (aux températures indiquées dans la chambre de chauffe, °K), seconde
	0,071 (liquide)
	0,682 (liquide)
	1 000 (liquide)			non. je ne sais pas	non. je ne sais pas	non. je ne sais pas

(Remarque : la pression dans la chambre de chauffe est de 45,7 atm, détente à une pression de 1 atm avec une composition chimique constante du fluide de travail) /6/

15.Avantages

Le principal avantage du TNRE par rapport aux moteurs-fusées chimiques est d'obtenir une impulsion spécifique plus élevée, un stockage d'énergie important, la compacité du système et la possibilité d'obtenir des poussées très élevées (des dizaines, des centaines et des milliers de tonnes dans le vide. En général, le L'impulsion spécifique obtenue dans le vide est supérieure de 3 à 4 fois à celle d'un combustible de fusée chimique à deux composants épuisé (kérosène-oxygène, hydrogène-oxygène) et de 4 à 5 fois lorsqu'il fonctionne à l'intensité thermique la plus élevée. aux États-Unis et en Russie, il existe une expérience considérable dans le développement et la construction de tels moteurs, et si nécessaire dans l'exploration spatiale), de tels moteurs peuvent être produits en peu de temps et auront un coût raisonnable. limites réalisables de l'étude du solaire avec Les systèmes se développent considérablement et le temps nécessaire pour atteindre des planètes lointaines est considérablement réduit. De plus, le TNRE peut être utilisé avec succès pour des engins spatiaux opérant sur des orbites basses de planètes géantes en utilisant leur atmosphère raréfiée comme milieu de travail, ou pour travailler dans leur atmosphère. /huit/

16.Inconvénients

Le principal inconvénient du TNRE est la présence d'un puissant flux de rayonnement pénétrant (rayonnement gamma, neutrons), ainsi que l'élimination des composés d'uranium hautement radioactifs, des composés réfractaires avec rayonnement induit et des gaz radioactifs avec un fluide de travail. A cet égard, le TNRD est inacceptable pour les lancements au sol afin d'éviter une dégradation de la situation environnementale sur le site de lancement et dans l'atmosphère. /14/

17. Amélioration des caractéristiques de la turbomachine. TYRD hybride

Comme tout moteur de fusée ou tout moteur en général, un moteur à réaction nucléaire à phase solide présente des limitations importantes sur les caractéristiques les plus importantes pouvant être atteintes. Ces limitations représentent l'incapacité du dispositif (TNRD) à fonctionner dans la plage de températures dépassant la plage de températures de fonctionnement maximales des matériaux de structure du moteur. Pour étendre les capacités et augmenter considérablement les principaux paramètres de fonctionnement du TNRE, divers schémas hybrides peuvent être appliqués dans lesquels le TNRE joue le rôle de source de chaleur et d'énergie et des méthodes physiques supplémentaires d'accélération des organes de travail sont utilisées. Le plus fiable, réalisable dans la pratique et présentant des caractéristiques élevées en termes d'impulsion et de poussée spécifiques est un schéma hybride avec un circuit MHD supplémentaire (circuit magnétohydrodynamique) pour accélérer un fluide de travail ionisé (hydrogène et additifs spéciaux). /treize/

18.Risque de rayonnement de NRE.

Un NRE fonctionnel est une puissante source de rayonnement - rayonnement gamma et neutronique. Sans prendre de mesures spéciales, les rayonnements peuvent provoquer un échauffement inacceptable du fluide de travail et de la structure dans l'engin spatial, la fragilisation des matériaux de structure métallique, la destruction du plastique et le vieillissement des pièces en caoutchouc, la violation de l'isolation des câbles électriques et la destruction des équipements électroniques. Le rayonnement peut provoquer une radioactivité induite (artificielle) des matériaux - leur activation.

À l'heure actuelle, le problème de la radioprotection des engins spatiaux équipés de moteurs à propulsion nucléaire est considéré, en principe, comme résolu. Problèmes également résolus et fondamentaux liés à la maintenance du NRE sur les bancs d'essai et les sites de lancement. Bien que le NRE en exploitation présente un danger pour le personnel de service, « déjà un jour après la fin de l'exploitation du NRE, vous pouvez, sans équipement de protection individuelle, être plusieurs dizaines de minutes à une distance de 50 m du NRE et même Les moyens de protection les plus simples permettent au personnel de service d'entrer dans la zone de travail.

Le niveau de contamination des complexes de lancement et de l'environnement ne sera apparemment pas un obstacle à l'utilisation de NRE aux étages inférieurs des fusées spatiales. Le problème du risque d'irradiation pour l'environnement et le personnel de maintenance est largement atténué par le fait que l'hydrogène utilisé comme milieu de travail n'est pratiquement pas activé lors de son passage dans le réacteur. Par conséquent, le jet stream du NRE n'est pas plus dangereux que le jet du moteur à propergol liquide. / 4 /

Conclusion

Lorsqu'on envisage les perspectives de développement et d'utilisation des NRE en cosmonautique, il convient de partir des caractéristiques obtenues et attendues des différents types de NRE, de ce qu'ils peuvent apporter à la cosmonautique, de leur application et, enfin, de la présence d'un lien entre le problème de la GRN avec le problème de l'approvisionnement énergétique dans l'espace et avec les questions de développement énergétique en général.

Comme mentionné ci-dessus, de tous les types possibles de NRE, les plus développés sont le moteur thermique à radio-isotope et le moteur à réacteur à fission en phase solide. Mais si les caractéristiques des radio-isotopes NRE ne permettent pas d'espérer leur généralisation en astronautique (du moins dans un avenir proche), alors la création des NRE en phase solide ouvre de grandes perspectives pour l'astronautique.

Par exemple, un appareil d'une masse initiale de 40 000 tonnes (soit environ 10 fois supérieure à celle des plus gros lanceurs modernes) a été proposé, 1/10 de cette masse étant la charge utile, et 2/3 par nucléaire frais... Si vous faites exploser une charge toutes les 3 s, leur alimentation sera suffisante pour 10 jours de fonctionnement continu du NRM. Pendant ce temps, l'appareil accélérera jusqu'à une vitesse de 10 000 km/s et à l'avenir, dans 130 ans, il pourra atteindre l'étoile Alpha Centauri.

Les centrales nucléaires ont des caractéristiques uniques, qui incluent une consommation d'énergie pratiquement illimitée, une indépendance de fonctionnement par rapport à l'environnement et une résistance aux influences extérieures (rayonnement spatial, dommages causés par les météorites, températures élevées et basses, etc.). Cependant, la puissance maximale des installations nucléaires de radio-isotopes est limitée à l'ordre de plusieurs centaines de watts. Cette limitation n'existe pas pour les centrales nucléaires, ce qui prédétermine la rentabilité de leur utilisation lors de vols à long terme d'engins spatiaux lourds dans l'espace proche de la Terre, lors de vols vers des planètes lointaines du système solaire et dans d'autres cas.

Les avantages des réacteurs à phase solide et autres NRE avec réacteurs à fission sont révélés le plus complètement dans l'étude de programmes spatiaux complexes tels que les vols habités vers les planètes du système solaire (par exemple, lors d'une expédition sur Mars). Dans ce cas, une augmentation de l'impulsion spécifique du RD permet de résoudre des problèmes qualitativement nouveaux. Tous ces problèmes sont grandement atténués par l'utilisation d'un NRE en phase solide avec une impulsion spécifique deux fois supérieure à celle des moteurs de fusée à propergol liquide modernes. Dans ce cas, il devient également possible de réduire considérablement les temps de vol.

Très probablement, dans un proche avenir, les NRE en phase solide deviendront l'un des RD les plus répandus. Le NRM en phase solide peut être utilisé comme véhicule pour des vols longue distance, par exemple, vers des planètes telles que Neptune, Pluton et même sortir du système solaire. Cependant, pour les vols vers les étoiles, la NRM basée sur les principes de la fission n'est pas adaptée. Dans ce cas, prometteurs sont les NRE ou, plus précisément, les réacteurs thermonucléaires (TJE) fonctionnant sur le principe des réactions de fusion et les réacteurs photoniques (FRD), dans lesquels les sources d'impulsion sont la réaction d'annihilation de la matière et de l'antimatière. Cependant, l'humanité utilisera très probablement une méthode de voyage différente, différente du jet, pour voyager dans l'espace interstellaire.

En conclusion, je vais paraphraser la célèbre phrase d'Einstein - pour voyager vers les étoiles, l'humanité doit trouver quelque chose qui serait comparable en complexité et en perception à un réacteur nucléaire pour un Néandertal !

LITTÉRATURE

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16. En route pour l'espace lointain // Énergie. - 1985. - N° 6.

APPENDICE

Principales caractéristiques des réacteurs nucléaires en phase solide

Pays du fabricant	Moteur	Poussée dans le vide, kN	Impulsion spécifique, seconde		Travail de projet, année
	Cycle Mixte NERVA / Lox

La Russie a testé un système de refroidissement pour un système de propulsion nucléaire (NPP) - l'un des éléments clés du vaisseau spatial du futur, sur lequel il sera possible d'effectuer des vols interplanétaires. Pourquoi un moteur nucléaire est nécessaire dans l'espace, comment fonctionne-t-il et pourquoi Roscosmos considère ce développement comme le principal atout de l'espace russe, explique Izvestia.

Histoire de l'atome

Si vous mettez la main sur votre cœur, alors depuis l'époque de Korolyov, les lanceurs utilisés pour les vols spatiaux n'ont subi aucun changement fondamental. Le principe général de fonctionnement - chimique basé sur la combustion de carburant avec un comburant - reste le même. Les moteurs, le système de contrôle, les types de carburant changent. La base du voyage spatial reste inchangée - la poussée du jet propulse une fusée ou un vaisseau spatial vers l'avant.

On entend souvent dire qu'une percée majeure est nécessaire, un développement qui peut remplacer un moteur à réaction afin d'augmenter l'efficacité et de rendre les vols vers la Lune et Mars plus réalistes. Le fait est qu'à l'heure actuelle, la quasi-totalité de la masse des engins spatiaux interplanétaires est constituée de carburant et d'un comburant. Mais que se passe-t-il si nous abandonnons complètement le moteur chimique et commençons à utiliser l'énergie d'un moteur nucléaire ?

L'idée de créer un système de propulsion nucléaire n'est pas nouvelle. En URSS, un décret gouvernemental détaillé sur la création d'un moteur de fusée nucléaire a été signé en 1958. Même alors, des études ont été menées montrant qu'en utilisant un moteur de fusée nucléaire de puissance suffisante, vous pouvez vous rendre à Pluton (qui n'a pas encore perdu son statut de planète) et revenir en six mois (deux là-bas et quatre en arrière), en dépensant 75 tonnes de carburant pendant le trajet.

En URSS, ils étaient engagés dans le développement d'un moteur de fusée nucléaire, mais les scientifiques n'ont commencé à approcher un vrai prototype que maintenant. Ce n'est pas une question d'argent, le sujet s'est avéré si complexe qu'aucun pays n'a été en mesure de créer un prototype fonctionnel jusqu'à présent, et dans la plupart des cas, tout s'est terminé par des plans et des dessins. Aux États-Unis, un système de propulsion a été testé pour un vol vers Mars en janvier 1965. Mais au-delà des tests KIWI, le projet NERVA de conquête de Mars sur un moteur nucléaire n'a pas bougé, et c'était beaucoup plus simple que le développement russe actuel. La Chine a inscrit dans ses plans de développement spatial la création d'un moteur nucléaire plus proche de 2045, ce qui est d'ailleurs très, très peu de temps.

En Russie, une nouvelle série de travaux sur un système de propulsion électrique nucléaire (NEPP) de classe mégawatt pour les systèmes de transport spatial a commencé en 2010. Le projet est développé conjointement par Roscosmos et Rosatom, et il peut être qualifié de l'un des projets spatiaux les plus sérieux et ambitieux de ces derniers temps. Le principal exécuteur de l'ingénierie nucléaire est le V.I. M.V. Keldych.

Mouvement nucléaire

Tout au long de la période de développement, des informations ont été divulguées à la presse concernant l'état de préparation de l'une ou l'autre partie du futur moteur nucléaire. En même temps, en général, à l'exception des spécialistes, peu de gens imaginent comment et par quels moyens cela fonctionnera. En fait, l'essence du moteur nucléaire spatial est à peu près la même que sur Terre. L'énergie d'une réaction nucléaire est utilisée pour chauffer et faire fonctionner un turbogénérateur-compresseur. En termes simples, une réaction nucléaire est utilisée pour produire de l'électricité, à peu près de la même manière que dans une centrale nucléaire conventionnelle. Et déjà avec l'aide de l'électricité, les moteurs de fusée électriques fonctionnent. Dans cette installation, il s'agit de propulseurs ioniques de forte puissance.

Dans les moteurs ioniques, la poussée est créée en créant une poussée de jet basée sur un gaz ionisé accéléré à des vitesses élevées dans un champ électrique. Les moteurs ioniques existent toujours, ils sont testés dans l'espace. Jusqu'à présent, ils n'ont qu'un seul problème - presque tous ont très peu de poussée, bien qu'ils consomment très peu de carburant. Pour les voyages dans l'espace, de tels moteurs sont une excellente option, surtout si vous résolvez le problème de la production d'électricité dans l'espace, ce qui sera fait par une installation nucléaire. De plus, les propulseurs ioniques peuvent fonctionner longtemps; la période maximale de fonctionnement continu des modèles les plus modernes de propulseurs ioniques est supérieure à trois ans.

Si vous regardez le diagramme, vous remarquerez que l'énergie nucléaire ne commence pas du tout son travail utile immédiatement. Tout d'abord, l'échangeur de chaleur chauffe, puis de l'électricité est générée, elle est déjà utilisée pour créer la poussée du moteur ionique. Hélas, l'humanité n'a pas encore appris à utiliser les installations nucléaires pour se déplacer de manière plus simple et plus efficace.

En URSS, des satellites dotés d'une installation nucléaire ont été lancés dans le cadre du complexe de désignation de cibles Legend pour l'aviation navale porteuse de missiles, mais il s'agissait de très petits réacteurs et leur travail ne suffisait qu'à produire de l'électricité pour les appareils accrochés au satellite. Le vaisseau spatial soviétique avait une capacité d'installation de trois kilowatts, mais maintenant les spécialistes russes travaillent à la création d'une installation d'une capacité de plus d'un mégawatt.

Problèmes d'espace

Naturellement, une installation nucléaire dans l'espace a beaucoup plus de problèmes que sur Terre, et le plus important d'entre eux est le refroidissement. Dans des conditions normales, de l'eau est utilisée pour cela, qui absorbe très efficacement la chaleur du moteur. Dans l'espace, cependant, cela ne peut pas être fait et les moteurs nucléaires nécessitent un système de refroidissement efficace - de plus, leur chaleur doit être évacuée dans l'espace, c'est-à-dire que cela ne peut être fait que sous forme de rayonnement. Habituellement, pour cela dans les vaisseaux spatiaux, des radiateurs à panneaux sont utilisés - en métal, avec un liquide de refroidissement circulant à travers eux. Hélas, ces radiateurs, en règle générale, ont beaucoup de poids et de dimensions, de plus, ils ne sont en aucun cas protégés des impacts de météorites.

En août 2015, lors du salon aéronautique MAKS, un modèle de refroidissement par égouttement des systèmes de propulsion nucléaires a été présenté. Dans celui-ci, le liquide, dispersé sous forme de gouttes, vole dans un espace ouvert, se refroidit, puis s'accumule à nouveau dans l'installation. Imaginez un énorme vaisseau spatial, au centre duquel se trouve une installation de douche géante, d'où des milliards de gouttelettes d'eau microscopiques s'échappent vers l'extérieur, volent dans l'espace, puis sont aspirées dans l'énorme cloche de l'aspirateur spatial.

Plus récemment, on a appris que le système de refroidissement des gouttes d'un système de propulsion nucléaire avait été testé dans des conditions terrestres. Dans ce cas, le système de refroidissement est l'étape la plus importante dans la création de l'installation.

Il s'agit maintenant de tester ses performances dans des conditions d'apesanteur, et seulement après cela, il sera possible d'essayer de créer un système de refroidissement dans les dimensions requises pour l'installation. Chacun de ces tests réussis rapproche un peu plus les spécialistes russes de la création d'une installation nucléaire. Les scientifiques sont pressés de toutes leurs forces, car on pense que mettre un moteur nucléaire dans l'espace peut aider la Russie à retrouver son leadership dans l'espace.

L'ère spatiale nucléaire

Disons qu'il réussit, et dans quelques années un moteur nucléaire commencera son travail dans l'espace. Comment cela va-t-il aider, comment peut-il être utilisé? Pour commencer, il convient de préciser que, sous la forme sous laquelle un système de propulsion nucléaire existe aujourd'hui, il ne peut fonctionner que dans l'espace. Il ne peut en aucun cas décoller de la Terre et atterrir sous cette forme, jusqu'à présent il ne peut pas se passer des fusées chimiques traditionnelles.

Pourquoi dans l'espace ? Eh bien, l'humanité vole rapidement vers Mars et la Lune, et c'est tout ? Pas certainement de cette façon. Actuellement, tous les projets d'usines orbitales et d'usines opérant en orbite terrestre sont au point mort en raison d'un manque de matières premières pour le travail. Cela n'a aucun sens de construire quoi que ce soit dans l'espace jusqu'à ce qu'on ait trouvé un moyen de mettre en orbite une grande quantité des matières premières nécessaires, telles que le minerai de métal.

Mais pourquoi les élever de la Terre, si vous pouvez, au contraire, les faire venir de l'espace. Dans la même ceinture d'astéroïdes du système solaire, il existe tout simplement d'énormes réserves de divers métaux, y compris des métaux précieux. Et dans ce cas, la création d'un remorqueur nucléaire ne deviendra qu'une bouée de sauvetage.

Amenez un énorme astéroïde au platine ou aurifère en orbite et commencez à le couper directement dans l'espace. Selon les calculs des spécialistes, une telle production, compte tenu du volume, peut s'avérer l'une des plus rentables.

Existe-t-il une utilisation moins fantastique pour un remorqueur nucléaire ? Par exemple, il peut être utilisé pour acheminer des satellites sur les orbites souhaitées ou pour amener des engins spatiaux au point souhaité dans l'espace, par exemple, sur l'orbite lunaire. À l'heure actuelle, des étages supérieurs sont utilisés pour cela, par exemple le "Fregat" russe. Ils sont chers, complexes et jetables. Le remorqueur nucléaire pourra les ramasser en orbite terrestre basse et les livrer si nécessaire.

Il en est de même pour les voyages interplanétaires. Sans un moyen rapide de livrer des marchandises et des personnes en orbite martienne, il n'y a tout simplement aucune chance de colonisation. Les propulseurs de la génération actuelle coûteront très cher et prendront beaucoup de temps. Jusqu'à présent, la durée du vol reste l'un des problèmes les plus graves lorsque l'on vole vers d'autres planètes. Résister à des mois de vol vers Mars et retour dans une capsule fermée d'un vaisseau spatial n'est pas une tâche facile. Le remorqueur nucléaire pourra également aider ici, réduisant considérablement ce temps.

Nécessaire et suffisant

À l'heure actuelle, tout cela ressemble à de la science-fiction, mais, selon les scientifiques, il ne reste que quelques années avant de tester le prototype. L'essentiel n'est pas seulement d'achever le développement, mais également de maintenir le niveau de cosmonautique nécessaire dans le pays. Même avec une baisse des financements, les fusées devraient continuer à décoller, des engins spatiaux devraient être construits et les spécialistes les plus précieux devraient travailler.

Sinon, un moteur nucléaire sans l'infrastructure appropriée n'aidera pas l'entreprise ; pour une efficacité maximale, il sera très important non seulement de vendre le développement, mais de l'utiliser de manière indépendante, en montrant toutes les capacités du nouveau véhicule spatial.

En attendant, tous les résidents du pays qui ne sont pas liés au travail ne peuvent que regarder le ciel et espérer que la cosmonautique russe réussira. Et le remorqueur nucléaire et la préservation des capacités actuelles. Je ne veux pas croire à d'autres résultats.

Les sceptiques soutiennent que la création d'un moteur nucléaire n'est pas un progrès significatif dans le domaine de la science et de la technologie, mais seulement une "modernisation d'une chaudière à vapeur", où au lieu de charbon et de bois de chauffage, l'uranium est utilisé comme combustible et l'hydrogène est utilisé comme fluide de travail. YARD (moteur à réaction nucléaire) est-il si désespéré ? Essayons de le comprendre.

Les premières fusées

Tous les mérites de l'humanité dans le développement de l'espace proche de la Terre peuvent être attribués en toute sécurité aux moteurs à réaction chimiques. Le fonctionnement de telles unités de puissance est basé sur la conversion de l'énergie de la réaction chimique de combustion du carburant dans un comburant en énergie cinétique d'un jet stream, et, par conséquent, d'une fusée. Le kérosène, l'hydrogène liquide, l'heptane (pour les moteurs de fusée à propergol liquide (ZhTRD)) et un mélange polymérisé de perchlorate d'ammonium, d'aluminium et d'oxyde de fer (pour les propergols solides (moteurs de fusée solide)) sont utilisés comme carburant.

Il est de notoriété publique que les premières fusées utilisées pour les feux d'artifice sont apparues en Chine dès le IIe siècle av. Ils s'élevaient dans le ciel grâce à l'énergie des gaz en poudre. Les recherches théoriques de l'armurier allemand Konrad Haas (1556), du général polonais Kazimir Semenovich (1650) et du lieutenant-général russe Alexander Zasyadko ont apporté une contribution significative au développement des fusées.

Le scientifique américain Robert Goddard a reçu un brevet pour l'invention de la première fusée avec un moteur de fusée refroidi par liquide. Son appareil, d'un poids de 5 kg et d'une longueur d'environ 3 m, fonctionnait à l'essence et à l'oxygène liquide, en 1926 en 2,5 s. a volé à 56 mètres.

Vitesse de poursuite

De sérieux travaux expérimentaux sur la création de moteurs à réaction chimiques en série ont commencé dans les années 30 du siècle dernier. V.P. Glushko et F.A.Zander sont à juste titre considérés comme les pionniers de la propulsion par fusée en Union soviétique. Avec leur participation, les unités de puissance RD-107 et RD-108 ont été développées, ce qui a assuré le leadership de l'URSS dans l'exploration spatiale et a jeté les bases du futur leadership de la Russie dans le domaine de l'astronautique habitée.

Avec la modernisation du ZhTRE, il est devenu clair que la vitesse maximale théorique du jet stream ne pouvait pas dépasser 5 km/s. C'est peut-être suffisant pour étudier l'espace proche de la Terre, mais les vols vers d'autres planètes, et plus encore vers les étoiles, resteront une chimère pour l'humanité. En conséquence, des projets de moteurs de fusée alternatifs (non chimiques) ont commencé à apparaître dès le milieu du siècle dernier. Les installations les plus populaires et les plus prometteuses cherchaient à utiliser l'énergie des réactions nucléaires. Les premiers échantillons expérimentaux de moteurs spatiaux nucléaires (NRM) en Union soviétique et aux États-Unis ont été testés en 1970. Cependant, après la catastrophe de Tchernobyl, sous la pression du public, les travaux dans ce domaine ont été suspendus (en URSS en 1988, aux USA depuis 1994).

Le fonctionnement des centrales nucléaires repose sur les mêmes principes que dans les centrales thermochimiques. La seule différence est que le chauffage du fluide de travail est réalisé par l'énergie de décroissance ou de synthèse du combustible nucléaire. L'efficacité énergétique de ces moteurs est nettement supérieure à celle des moteurs chimiques. Par exemple, l'énergie que 1 kg du meilleur combustible (un mélange de béryllium et d'oxygène) peut libérer est de 3 × 107 J, alors que pour les isotopes du polonium Po210 cette valeur est de 5 × 1011 J.

L'énergie libérée dans un moteur nucléaire peut être utilisée de différentes manières :

chauffer le fluide de travail émis par les tuyères, comme dans un moteur fusée à propergol liquide traditionnel, après conversion en moteur électrique, ioniser et accélérer les particules du fluide de travail, créant une impulsion directement par les produits de fission ou de synthèse.Même l'eau ordinaire peut agir comme fluide de travail, mais l'utilisation d'alcool sera beaucoup plus efficace, d'ammoniac ou d'hydrogène liquide. Selon l'état global du combustible du réacteur, les moteurs de fusée nucléaires sont divisés en phases solide, liquide et gazeuse. Le NRE le plus développé avec un réacteur à fission en phase solide, qui utilise des éléments combustibles (éléments combustibles) utilisés dans les centrales nucléaires comme combustible. Le premier moteur de ce type dans le cadre du projet américain Nerva a passé des tests au sol en 1966, après avoir fonctionné pendant environ deux heures.

Caractéristiques de conception

Au cœur de tout moteur spatial nucléaire se trouve un réacteur constitué d'une zone active et d'un réflecteur en béryllium situé dans un boîtier de puissance. Dans le cœur, la fission des atomes de la substance combustible, en règle générale, l'uranium U238, enrichi en isotopes U235, a lieu. Pour conférer certaines propriétés au processus de désintégration nucléaire, des modérateurs sont également situés ici - du tungstène réfractaire ou du molybdène. Si le modérateur est inclus dans les crayons combustibles, le réacteur est dit homogène, et s'il est placé séparément, hétérogène. Le moteur nucléaire comprend également une unité d'alimentation en fluide de travail, des commandes, une protection contre les rayonnements d'ombre et une buse. Les éléments de structure et les unités du réacteur, soumis à des charges thermiques élevées, sont refroidis par le fluide de travail, qui est ensuite pompé dans les assemblages combustibles par une unité de turbopompe. Ici, il chauffe jusqu'à près de 3 000 ˚С. S'écoulant à travers la buse, le fluide de travail crée une poussée de jet.

Les commandes typiques des réacteurs sont des barres de commande et des tambours rotatifs en matériau absorbant les neutrons (bore ou cadmium). Les crayons sont placés directement dans le cœur ou dans des niches spéciales de réflecteur, et les tambours rotatifs sont placés à la périphérie du réacteur. En déplaçant les crayons ou en faisant tourner les tambours, le nombre de noyaux fissiles par unité de temps est modifié, régulant le niveau de libération d'énergie du réacteur et, par conséquent, sa puissance thermique.

Pour réduire l'intensité des rayonnements neutroniques et gamma, dangereux pour tous les êtres vivants, des éléments de protection primaire du réacteur sont placés dans la cuve de puissance.

Améliorer l'efficacité

Un moteur nucléaire en phase liquide est similaire dans son principe de fonctionnement et son dispositif à un moteur en phase solide, mais l'état liquide du combustible permet d'augmenter la température de la réaction, et, par conséquent, la poussée de la puissance unité. Ainsi si pour les unités chimiques (moteur à propergol liquide et moteur à propergol solide) l'impulsion spécifique maximale (vitesse du jet stream) est de 5 420 m/s, pour le nucléaire en phase solide et 10 000 m/s est loin de la limite, alors la valeur moyenne de cet indicateur pour les NRE en phase gazeuse est comprise entre 30 000 et 50 000 m / s.

Il existe deux types de projets de moteurs nucléaires en phase gazeuse :

Un cycle ouvert, dans lequel une réaction nucléaire a lieu à l'intérieur d'un nuage de plasma à partir d'un milieu de travail maintenu par un champ électromagnétique et absorbant toute la chaleur générée. La température peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de degrés. Dans ce cas, la région active est entourée d'une substance résistante à la chaleur (par exemple, du quartz) - une lampe nucléaire qui transmet librement l'énergie rayonnée. Dans les installations du deuxième type, la température de réaction sera limitée par le point de fusion de le matériau du flacon. Dans ce cas, l'efficacité énergétique du moteur spatial nucléaire est quelque peu réduite (impulsion spécifique jusqu'à 15 000 m / s), mais l'efficacité et la sécurité radiologique augmentent.

Réalisations pratiques

Officiellement, le scientifique et physicien américain Richard Feynman est considéré comme l'inventeur de la centrale nucléaire. Le début des travaux à grande échelle sur le développement et la création de moteurs nucléaires pour les engins spatiaux dans le cadre du programme Rover a été donné au Los Alamos Research Center (États-Unis) en 1955. Les inventeurs américains ont privilégié les installations à réacteur nucléaire homogène. Le premier échantillon expérimental « Kiwi-A » a été assemblé à la centrale nucléaire d'Albuquerque (Nouveau-Mexique, USA) et testé en 1959. Le réacteur a été placé verticalement sur la paillasse avec la buse vers le haut. Au cours des tests, un jet chauffé d'hydrogène résiduaire a été projeté directement dans l'atmosphère. Et bien que le recteur n'ait travaillé à faible puissance que pendant environ 5 minutes, le succès a inspiré les développeurs.

En Union soviétique, une impulsion puissante à de telles recherches a été donnée par la réunion tenue en 1959 à l'Institut de l'énergie atomique des "trois grands K" - le créateur de la bombe atomique IV Kurchatov, le théoricien en chef de la cosmonautique russe MV Keldysh et le concepteur général des fusées soviétiques SP Queen. Contrairement au modèle américain, le moteur soviétique RD-0410, développé au bureau d'études de l'association Khimavtomatika (Voronej), possédait un réacteur hétérogène. Des essais d'incendie ont eu lieu sur un terrain d'entraînement près de la ville de Semipalatinsk en 1978.

Il convient de noter que de nombreux projets théoriques ont été créés, mais ils n'ont jamais abouti à une mise en œuvre pratique. Les raisons en étaient la présence d'un grand nombre de problèmes en science des matériaux, le manque de ressources humaines et financières.

Remarque : Une réalisation pratique importante a été les essais en vol d'avions à propulsion nucléaire. En URSS, le plus prometteur était le bombardier stratégique expérimental Tu-95LAL, aux États-Unis - le B-36.

Projet Orion ou NRE pulsé

Pour les vols dans l'espace, un moteur à impulsion nucléaire a été proposé pour la première fois en 1945 par un mathématicien américain d'origine polonaise Stanislav Ulam. Au cours de la décennie suivante, l'idée a été développée et affinée par T. Taylor et F. Dyson. L'essentiel est que l'énergie de petites charges nucléaires, déclenchées à une certaine distance de la plate-forme de poussée au bas de la fusée, lui confère une grande accélération.

Dans le cadre du projet Orion, lancé en 1958, il était prévu d'équiper une fusée d'un tel moteur capable de transporter des personnes à la surface de Mars ou sur l'orbite de Jupiter. L'équipage, situé dans le compartiment avant, serait protégé des effets destructeurs des accélérations gigantesques par un dispositif d'amortissement. Le résultat d'une étude technique détaillée a été des tests de marche d'une maquette à grande échelle du navire pour étudier la stabilité du vol (au lieu de charges nucléaires, des explosifs conventionnels ont été utilisés). En raison du coût élevé, le projet a été fermé en 1965.

En juillet 1961, l'académicien soviétique A. Sakharov a exprimé des idées similaires pour créer une "explosion". Pour mettre le vaisseau spatial en orbite, le scientifique a proposé d'utiliser le ZhTRD conventionnel.

Projets alternatifs

Un grand nombre de projets ne sont pas allés au-delà de la recherche théorique. Parmi eux, il y en avait de nombreux originaux et très prometteurs. La confirmation est l'idée d'une centrale nucléaire à base de fragments fissiles. Les caractéristiques de conception et le dispositif de ce moteur permettent de se passer du tout d'un fluide de travail. Le courant-jet, qui fournit les caractéristiques de poussée nécessaires, est formé de matières nucléaires épuisées. Le réacteur est basé sur des disques rotatifs avec une masse nucléaire sous-critique (le rapport de fission des atomes est inférieur à un). Lors de la rotation dans un secteur du disque situé dans le noyau, une réaction en chaîne est déclenchée et les atomes de haute énergie en décomposition sont dirigés dans la tuyère du moteur, formant un jet stream. Les atomes intacts restants participeront à la réaction lors des prochains tours du disque de combustible.

Les projets d'un moteur nucléaire pour les navires effectuant certaines tâches dans l'espace proche de la Terre, à base de RTG (générateurs thermoélectriques à radio-isotopes), sont tout à fait réalisables, mais de telles installations ne sont pas très prometteuses pour les vols interplanétaires, et plus encore interstellaires.

Les moteurs à fusion nucléaire ont un potentiel énorme. Déjà au stade actuel de développement de la science et de la technologie, une installation à impulsions est tout à fait réalisable, dans laquelle, comme le projet Orion, des charges thermonucléaires exploseraient sous le fond de la fusée. Cependant, de nombreux experts considèrent que la mise en œuvre de la fusion nucléaire contrôlée est une question d'avenir.

Avantages et inconvénients de YARD

Les avantages incontestables de l'utilisation des moteurs nucléaires comme unités de puissance pour les engins spatiaux incluent leur haute efficacité énergétique, qui fournit une impulsion spécifique élevée et de bonnes performances de traction (jusqu'à mille tonnes dans un espace sans air), une réserve d'énergie impressionnante lors d'un fonctionnement autonome. Le niveau moderne de développement scientifique et technique permet d'assurer la compacité relative d'une telle installation.

Le principal inconvénient du NRE, qui a entraîné la réduction des travaux de conception et de recherche, est le risque élevé de rayonnement. Ceci est particulièrement important lors de la conduite d'essais d'incendie au sol, à la suite desquels il est possible que des gaz radioactifs, des composés d'uranium et ses isotopes puissent pénétrer dans l'atmosphère avec le fluide de travail, et l'effet destructeur du rayonnement pénétrant. Pour les mêmes raisons, il est inacceptable de lancer un engin spatial équipé d'un moteur nucléaire directement depuis la surface de la Terre.

Présent et futur

Selon les assurances de l'académicien de l'Académie des sciences de Russie, directeur général du "Centre Keldysh" Anatoly Koroteev, un type fondamentalement nouveau de moteur nucléaire en Russie sera créé dans un proche avenir. L'essence de l'approche est que l'énergie du réacteur spatial sera dirigée non pas vers le chauffage direct du fluide de travail et la formation d'un courant-jet, mais vers la production d'électricité. Le rôle du dispositif de propulsion dans l'installation est attribué au moteur à plasma dont la poussée spécifique est 20 fois supérieure à la poussée des appareils à jet chimique actuellement existants. L'entreprise principale du projet est une subdivision de la société d'État "Rosatom" JSC "NIKIET" (Moscou).

Des tests simulés à grande échelle ont été passés avec succès en 2015 sur la base de NPO Mashinostroeniya (Reutov). Novembre de l'année en cours a été désigné comme la date du début des essais de conception en vol de la centrale nucléaire. Les éléments et systèmes les plus importants devront être testés, y compris à bord de l'ISS.

Le nouveau moteur nucléaire russe fonctionne en cycle fermé, ce qui exclut complètement la pénétration de substances radioactives dans l'espace environnant. Les caractéristiques de masse et dimensionnelles des principaux éléments de la centrale assurent son utilisation avec les lanceurs nationaux existants "Proton" et "Angara".

Alexandre Losev

Le développement rapide de la technologie des fusées et de l'espace au XXe siècle était dû aux objectifs et intérêts militaires-stratégiques, politiques et, dans une certaine mesure, idéologiques des deux superpuissances - l'URSS et les États-Unis, et tous les programmes spatiaux de l'État étaient un poursuite de leurs projets militaires, dont la tâche principale était d'assurer la capacité de défense et la parité stratégique avec un adversaire potentiel. Le coût de création des équipements et les coûts d'exploitation n'étaient pas d'une importance fondamentale à cette époque. Des ressources colossales ont été allouées à la création de lanceurs et d'engins spatiaux, et les 108 minutes du vol de Youri Gagarine en 1961 et la diffusion télévisée de Neil Armstrong et Buzz Aldrin depuis la surface lunaire en 1969 n'étaient pas seulement des triomphes de la pensée scientifique et technique, elles ont également été considérés comme des victoires stratégiques dans les batailles de la guerre froide.

Mais après l'effondrement de l'Union soviétique et son retrait de la course au leadership mondial, ses adversaires géopolitiques, principalement les États-Unis, n'ont plus eu besoin de mettre en œuvre des projets spatiaux prestigieux mais extrêmement coûteux pour prouver au monde entier la supériorité de l'économie occidentale. système et concepts idéologiques.
Dans les années 90, les principales tâches politiques des années passées ont perdu de leur pertinence, la confrontation des blocs a été remplacée par la mondialisation, le pragmatisme a prévalu dans le monde, de sorte que la plupart des programmes spatiaux ont été écourtés ou reportés, seule l'ISS est restée des projets à grande échelle du passé comme héritage. De plus, la démocratie occidentale a rendu tous les programmes gouvernementaux coûteux dépendants des cycles électoraux.
Le soutien des électeurs nécessaire pour acquérir ou conserver le pouvoir pousse les politiciens, les parlements et les gouvernements à se tourner vers le populisme et à résoudre les problèmes immédiats, de sorte que les dépenses consacrées à l'exploration spatiale diminuent d'année en année.
La plupart des découvertes fondamentales ont été faites dans la première moitié du vingtième siècle, et aujourd'hui la science et la technologie ont atteint certaines limites, de plus, la popularité des connaissances scientifiques a diminué dans le monde entier, et la qualité de l'enseignement des mathématiques, de la physique et d'autres la science s'est détériorée. C'est devenu la raison de la stagnation, y compris dans le secteur spatial, des deux dernières décennies.
Mais maintenant, il devient évident que le monde approche de la fin d'un autre cycle technologique basé sur les découvertes du siècle dernier. Dès lors, toute puissance qui disposera de technologies fondamentalement nouvelles et prometteuses à l'occasion d'un changement de l'ordre technologique mondial s'assurera automatiquement le leadership mondial pour au moins les cinquante prochaines années.

Le dispositif de base d'un NRE avec de l'hydrogène comme fluide de travail

Ceci est reconnu à la fois aux États-Unis, où un cap a été pris pour relancer la grandeur américaine dans tous les domaines d'activité, et en Chine, qui remet en cause l'hégémonie américaine, et dans l'Union européenne, qui essaie de toutes ses forces de maintenir son poids dans l'économie mondiale.
Il y a une politique industrielle là-bas et ils sont sérieusement engagés dans le développement de leur propre potentiel scientifique, technique et de production, et le secteur spatial peut devenir le meilleur terrain d'essai pour développer de nouvelles technologies et pour prouver ou réfuter des hypothèses scientifiques qui peuvent jeter les bases pour créer une technologie du futur fondamentalement différente et plus avancée.
Et il est tout naturel de s'attendre à ce que les États-Unis soient le premier pays où les projets d'exploration de l'espace lointain reprendront afin de créer des technologies innovantes uniques dans le domaine des armes, des transports et des matériaux de structure, ainsi qu'en biomédecine et télécommunications.
Certes, même pour les États-Unis, le succès sur la voie de la création de technologies révolutionnaires n'est pas garanti. Il y a un risque élevé d'être bloqué en améliorant les moteurs de fusée il y a un demi-siècle à base de carburant chimique, comme le fait SpaceX d'Elon Musk, ou en créant des systèmes de survie pour un long vol similaires à ceux déjà mis en œuvre sur l'ISS.
La Russie, dont la stagnation du secteur spatial s'accentue chaque année, peut-elle faire une percée dans la course au leadership technologique futur pour rester dans le club des superpuissances, et non dans la liste des pays en développement ?
Oui, bien sûr, la Russie peut, et de plus, un pas en avant notable a déjà été fait dans l'énergie nucléaire et la technologie des fusées nucléaires, malgré le sous-financement chronique de l'industrie spatiale.
L'avenir de l'astronautique est l'utilisation de l'énergie nucléaire. Pour comprendre comment la technologie nucléaire et l'espace sont liés, il est nécessaire de considérer les principes de base de la propulsion par réaction.
Ainsi, les principaux types de moteurs spatiaux modernes sont créés sur les principes de l'énergie chimique. Ce sont des propulseurs à propergol solide et des moteurs-fusées à propergol liquide. Dans leurs chambres de combustion, les composants du propergol (carburant et comburant), entrant dans une réaction de combustion physico-chimique exothermique, forment un jet stream, éjectant chaque seconde des tonnes de matière de la tuyère du moteur. L'énergie cinétique du fluide moteur du jet est convertie en une force réactive suffisante pour que la fusée se déplace. L'impulsion spécifique (le rapport de la poussée créée à la masse du carburant utilisé) de tels moteurs chimiques dépend des composants du carburant, de la pression et de la température dans la chambre de combustion, ainsi que du poids moléculaire du mélange gazeux éjecté à travers la buse du moteur.
Et plus la température de la substance et la pression à l'intérieur de la chambre de combustion sont élevées, et plus le poids moléculaire du gaz est faible, plus l'impulsion spécifique est élevée, et donc le rendement du moteur. L'impulsion spécifique est la quantité de mouvement, et il est d'usage de la mesurer en mètres par seconde, ainsi que la vitesse.
Dans les moteurs chimiques, la plus grande impulsion spécifique est donnée par les mélanges de carburant oxygène-hydrogène et fluor-hydrogène (4500-4700 m / s), mais les plus populaires (et pratiques en fonctionnement) sont les moteurs de fusée fonctionnant au kérosène et à l'oxygène, par exemple , Soyouz et fusées "Falcon Mask", ainsi que des moteurs à la diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) avec un oxydant sous la forme d'un mélange de tétroxyde d'azote et d'acide nitrique (soviétique et russe "Proton", français "Ariane", américain "Titan" "). Leur rendement est 1,5 fois inférieur à celui des moteurs à hydrogène, mais l'impulsion de 3000 m/s et la puissance sont largement suffisantes pour qu'il soit économiquement rentable de lancer des tonnes de charge utile sur des orbites terrestres basses.
Mais les vols vers d'autres planètes nécessitent un vaisseau spatial beaucoup plus gros que tout ce qui a été créé par l'humanité auparavant, y compris l'ISS modulaire. Dans ces navires, il est nécessaire d'assurer à la fois l'autonomie à long terme des équipages, et un certain approvisionnement en carburant et la durée de vie des moteurs de propulsion et des moteurs de manœuvres et de correction d'orbite, prévoir la livraison des astronautes dans un module d'atterrissage spécial à la surface d'une autre planète, et leur retour au navire de transport principal, puis et le retour de l'expédition sur Terre.
L'ingénierie et les connaissances techniques accumulées et l'énergie chimique des moteurs nous permettent de retourner sur la Lune et d'atteindre Mars, il est donc fort probable qu'au cours de la prochaine décennie, l'humanité visitera la planète rouge.
Si l'on se fie uniquement aux technologies spatiales disponibles, alors la masse minimale d'un module habité pour un vol habité vers Mars ou vers les satellites de Jupiter et Saturne sera d'environ 90 tonnes, soit 3 fois plus que les vaisseaux lunaires du début 1970, ce qui signifie que les lanceurs pour leur insertion dans des orbites de référence pour un vol ultérieur vers Mars seront beaucoup plus gros que Saturn-5 (masse de lancement 2 965 tonnes) du projet lunaire Apollo ou le lanceur soviétique Energia (masse de lancement 2 400 tonnes). Il faudra créer en orbite un complexe interplanétaire pesant jusqu'à 500 tonnes. Un vol sur un vaisseau spatial interplanétaire avec des moteurs de fusée chimiques nécessitera de 8 mois à 1 an dans un seul sens, car vous devrez effectuer des manœuvres gravitationnelles, en utilisant la force de gravité des planètes et une énorme réserve de carburant pour une accélération supplémentaire de le vaisseau spatial.
Mais en utilisant l'énergie chimique des moteurs de fusée, l'humanité ne volera pas plus loin que l'orbite de Mars ou de Vénus. Nous avons besoin d'autres vitesses de vol des engins spatiaux et d'autres énergies de mouvement plus puissantes.

Projet moderne d'un moteur de fusée nucléaire Princeton Satellite Systems

Pour l'exploration de l'espace lointain, il est nécessaire d'augmenter considérablement le rapport poussée/poids et l'efficacité du moteur-fusée, et donc d'augmenter son impulsion spécifique et sa durée de vie. Et pour cela, il est nécessaire de chauffer un gaz ou une substance d'un fluide moteur de faible masse atomique à l'intérieur de la chambre du moteur à des températures plusieurs fois supérieures à la température de combustion chimique des mélanges carburés traditionnels, et cela peut être fait à l'aide d'un réaction nucléaire.
Si, au lieu d'une chambre de combustion classique, un réacteur nucléaire est placé à l'intérieur d'un moteur-fusée, au coeur duquel sera alimentée une substance sous forme liquide ou gazeuse, alors, s'échauffant sous haute pression jusqu'à plusieurs milliers de degrés, il commencent à être éjectés par le canal de la tuyère, créant une poussée de jet. L'impulsion spécifique d'un tel moteur à réaction nucléaire sera plusieurs fois supérieure à celle d'un moteur conventionnel à base de composants chimiques, ce qui signifie que l'efficacité du moteur lui-même et du lanceur dans son ensemble augmentera plusieurs fois. Dans ce cas, un comburant n'est pas nécessaire pour la combustion du carburant, et l'hydrogène gazeux léger peut être utilisé comme substance qui crée une poussée de jet, mais nous savons que plus le poids moléculaire du gaz est faible, plus la quantité de mouvement est élevée, et cela augmentera considérablement réduire la masse de la fusée avec de meilleures caractéristiques de puissance du moteur.
Un moteur nucléaire sera meilleur qu'un moteur conventionnel, car dans la zone du réacteur, le gaz léger peut être chauffé à des températures supérieures à 9 000 Kelvin, et un jet de ce gaz surchauffé fournira une impulsion spécifique beaucoup plus élevée que ne le peuvent les moteurs chimiques conventionnels. fournir. Mais c'est en théorie.
Le danger n'est même pas que lors du lancement d'une fusée porteuse avec une telle installation nucléaire, une contamination radioactive de l'atmosphère et de l'espace autour de la rampe de lancement puisse se produire, le principal problème est qu'à des températures élevées, le moteur lui-même peut fondre avec le vaisseau spatial. . Les concepteurs et les ingénieurs l'ont bien compris et tentent de trouver des solutions adaptées depuis plusieurs décennies.
Les moteurs de fusée nucléaires (NRE) ont leur propre histoire de création et de fonctionnement dans l'espace. Les premiers développements de moteurs nucléaires ont commencé au milieu des années 1950, c'est-à-dire avant même le vol spatial habité, et presque simultanément en URSS et aux États-Unis, et l'idée même d'utiliser des réacteurs nucléaires pour chauffer la substance active dans une fusée moteur est né avec les premiers recteurs au milieu des années 40, c'est-à-dire il y a plus de 70 ans.
Dans notre pays, le thermophysicien Vitaly Mikhailovich Ievlev est devenu l'initiateur de la création d'un moteur de fusée nucléaire. En 1947, il présente un projet soutenu par S.P. Korolev, I.V. Kurchatov et M.V. Keldysh. Initialement, il était prévu d'utiliser de tels moteurs pour les missiles de croisière, puis de les installer sur des missiles balistiques. Le développement a été entrepris par les principaux bureaux d'études de défense de l'Union soviétique, ainsi que par les instituts de recherche NIITP, TsIAM, IAE, VNIINM.
Le moteur nucléaire soviétique RD-0410 a été assemblé au milieu des années 60 par le Voronej Design Bureau of Chemical Automatics, où la plupart des moteurs de fusée à propergol liquide pour la technologie spatiale ont été créés.
L'hydrogène a été utilisé comme milieu de travail dans le RD-0410, qui, sous forme liquide, traversait la "enveloppe de refroidissement", éliminait l'excès de chaleur des parois de la buse et l'empêchait de fondre, puis pénétrait dans le cœur du réacteur, où il était chauffé jusqu'à 3000K et éjecté à travers les buses du canal, convertissant ainsi l'énergie thermique en énergie cinétique et créant une impulsion spécifique de 9100 m/s.
Aux USA, le projet NRM a été lancé en 1952, et le premier moteur opérationnel a été créé en 1966 et a été nommé NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Dans les années 60-70, l'Union soviétique et les États-Unis ont essayé de ne pas céder l'un à l'autre.
Certes, notre RD-0410 et le NERVA américain étaient des NRE en phase solide (le combustible nucléaire à base de carbures d'uranium était à l'état solide dans le réacteur), et leur température de fonctionnement était de l'ordre de 2300-3100K.
Pour augmenter la température du cœur sans risque d'explosion ou de fusion des parois du réacteur, il est nécessaire de créer de telles conditions pour une réaction nucléaire dans laquelle le combustible (uranium) passe à l'état gazeux ou se transforme en plasma et est maintenu à l'intérieur du réacteur par un champ magnétique puissant, sans toucher les murs. Et puis l'hydrogène entrant dans le cœur du réacteur "circule autour" de l'uranium en phase gazeuse, et, se transformant en plasma, est éjecté à très grande vitesse par le canal de la tuyère.
Ce type de moteur est appelé YARD en phase gazeuse. Les températures du combustible à l'uranium gazeux dans de tels moteurs nucléaires peuvent aller de 10 000 à 20 000 Kelvin, et l'impulsion spécifique atteint 50 000 m / s, ce qui est 11 fois plus élevé que celui des moteurs de fusée chimiques les plus efficaces.
La création et l'utilisation dans la technologie spatiale de NRE en phase gazeuse de types ouverts et fermés est la direction la plus prometteuse dans le développement de moteurs de fusée spatiale et exactement ce qui est nécessaire pour que l'humanité maîtrise les planètes du système solaire et leurs satellites.
Les premières recherches sur le projet de réacteur nucléaire en phase gaz ont commencé en URSS en 1957 à l'Institut de recherche des procédés thermiques (NRC du nom de MV Keldysh), et la décision même de développer des centrales nucléaires spatiales basées sur le nucléaire en phase gaz réacteurs a été fabriqué en 1963 par l'académicien VP Glushko (NPO Energomash), puis approuvé par le décret du Comité central du PCUS et du Conseil des ministres de l'URSS.
Le développement d'un NRE en phase gazeuse a été réalisé en Union soviétique pendant deux décennies, mais, malheureusement, il n'a jamais été achevé en raison d'un financement insuffisant et du besoin de recherches fondamentales supplémentaires dans le domaine de la thermodynamique du combustible nucléaire et du plasma d'hydrogène, physique des neutrons et magnétohydrodynamique.
Les scientifiques nucléaires et les ingénieurs de conception soviétiques ont été confrontés à un certain nombre de problèmes, tels que l'atteinte de la criticité et la stabilité du fonctionnement d'un réacteur nucléaire en phase gazeuse, la réduction des pertes d'uranium fondu lors de la libération d'hydrogène chauffé à plusieurs milliers de degrés, la protection thermique de la tuyère et du générateur de champ magnétique, accumulation de produits de fission de l'uranium, sélection de matériaux de construction résistants aux produits chimiques, etc.
Et lorsque la fusée porteuse Energia a commencé à être créée pour le programme soviétique Mars-94 du premier vol habité vers Mars, le projet de moteur nucléaire a été reporté indéfiniment. L'Union soviétique n'a pas eu assez de temps, et surtout, de volonté politique et d'efficacité économique pour réaliser l'atterrissage de nos cosmonautes sur la planète Mars en 1994. Ce serait une réalisation incontestable et une preuve de notre leadership en haute technologie pour les prochaines décennies. Mais l'espace, comme beaucoup d'autres choses, a été trahi par la dernière direction de l'URSS. L'histoire ne peut plus être changée, les scientifiques et les ingénieurs de gauche ne peuvent pas être rendus et les connaissances perdues ne peuvent pas être restaurées. Beaucoup devra être recréé.
Mais le nucléaire spatial ne se limite pas au domaine des NRE en phase solide et gazeuse. L'énergie électrique peut être utilisée pour créer un flux de matière chauffée dans un moteur à réaction. Cette idée a été exprimée pour la première fois par Konstantin Eduardovich Tsiolkovski en 1903 dans son ouvrage "Exploration des espaces du monde avec des appareils à réaction".
Et le premier moteur-fusée électrothermique d'URSS a été créé dans les années 1930 par Valentin Petrovich Glushko, futur académicien de l'Académie des sciences de l'URSS et directeur de NPO Energia.
Les moteurs de fusée électriques peuvent fonctionner de différentes manières. Ils sont généralement divisés en quatre types:

• électrothermique (chauffage ou arc électrique). Dans ceux-ci, le gaz est chauffé à des températures de 1 000 à 5 000 K et est éjecté de la buse de la même manière que dans le NRE.
• moteurs électrostatiques (colloïdaux et ioniques), dans lesquels la substance active est d'abord ionisée, puis les ions positifs (atomes privés d'électrons) sont accélérés dans un champ électrostatique et également éjectés par le canal de la buse, créant une poussée de jet. Les propulseurs à plasma stationnaires sont également appelés électrostatiques.
• magnétoplasme et moteurs de fusée magnétodynamiques. Là, le plasma gazeux est accéléré par la force ampère dans les champs magnétiques et électriques se croisant perpendiculairement.
• moteurs de fusée à impulsion, qui utilisent l'énergie des gaz résultant de l'évaporation d'un fluide de travail dans une décharge électrique.

L'avantage de ces moteurs de fusée électriques est la faible consommation de fluide de travail, l'efficacité jusqu'à 60% et la vitesse élevée du flux de particules, ce qui peut réduire considérablement la masse de l'engin spatial, mais il y a aussi un inconvénient - le faible densité de poussée et, par conséquent, faible puissance, ainsi que le coût élevé du fluide de travail (gaz inertes ou vapeurs de métaux alcalins) pour créer un plasma.
Tous les types de moteurs électriques ci-dessus ont été mis en œuvre dans la pratique et ont été utilisés à plusieurs reprises dans l'espace à la fois sur des véhicules soviétiques et américains depuis le milieu des années 60, mais en raison de leur faible puissance, ils ont été principalement utilisés comme moteurs de correction d'orbite.
De 1968 à 1988, toute une série de satellites Kosmos avec des installations nucléaires à bord ont été lancés en URSS. Les types de réacteurs ont été nommés Buk, Topaz et Yenisei.
Le réacteur du projet Yenisei avait une puissance thermique allant jusqu'à 135 kW et une puissance électrique d'environ 5 kW. La masse fondue sodium-potassium a été utilisée comme caloporteur. Ce projet a été fermé en 1996.
Un véritable moteur-fusée à propulsion nécessite une source d'énergie très puissante. Et la meilleure source d'énergie pour de tels moteurs spatiaux est un réacteur nucléaire.
L'énergie nucléaire est l'une des industries de haute technologie où notre pays conserve une position de leader. Et un moteur de fusée fondamentalement nouveau est déjà en cours de création en Russie, et ce projet est sur le point d'être achevé avec succès en 2018. Les essais en vol sont prévus pour 2020.
Et si le NRE en phase gazeuse est un sujet des prochaines décennies sur lequel nous devrons revenir après avoir mené des recherches fondamentales, alors son alternative actuelle est une centrale nucléaire de classe mégawatt (NPP), et elle a déjà été créée par les entreprises de Rosatom et Roskosmos depuis 2009.
NPO Krasnaya Zvezda, qui est aujourd'hui le seul développeur et fabricant au monde de centrales nucléaires spatiales, ainsi que le Centre de recherche nommé d'après V.I. M. V. Keldysh, NIKIET eux. N. A. Dollezhal, NII NPO Luch, Institut Kurchatov, IRM, IPPE, NIIAR et NPO Mashinostroyenia.
La centrale nucléaire comprend un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par gaz à haute température avec un système de conversion de l'énergie thermique en énergie électrique par turbomachine, un système de radiateurs-refroidisseurs pour évacuer l'excès de chaleur dans l'espace, un compartiment d'instrumentation et d'assemblage, une unité de des moteurs électriques à plasma ou à ions de propulsion et un conteneur pour placer une charge utile ...
Dans le système de propulsion de puissance, le réacteur nucléaire sert de source d'électricité pour le fonctionnement des moteurs électriques à plasma, tandis que le gaz de refroidissement du réacteur, traversant le cœur, pénètre dans la turbine du générateur électrique et du compresseur et retourne au réacteur en boucle fermée, et n'est pas projeté dans l'espace, comme dans le NRE, ce qui rend la structure plus fiable et plus sûre, ce qui la rend adaptée à l'exploration spatiale habitée.
Il est prévu que le système de propulsion nucléaire soit utilisé pour un remorqueur spatial réutilisable pour assurer la livraison de cargaison lors de l'exploration de la Lune ou la création de complexes orbitaux polyvalents. L'avantage sera non seulement l'utilisation réutilisable d'éléments du système de transport (ce qu'Elon Musk essaie de réaliser dans ses projets spatiaux SpaceX), mais aussi la possibilité de livrer trois fois la masse de cargaison que sur des fusées à réacteurs chimiques de puissance comparable en réduisant la masse de départ du système de transport ... La conception spéciale de l'usine la rend sûre pour les personnes et l'environnement sur Terre.
En 2014, le premier élément combustible (élément combustible) de conception standard pour cette centrale nucléaire de propulsion électrique a été assemblé à l'usine de construction de machines OJSC dans la ville d'Elektrostal, et en 2016, un simulateur du panier du cœur du réacteur a été testé.
Désormais (en 2017), des travaux sont en cours sur la fabrication des éléments de structure de l'installation et des tests de composants et d'ensembles sur maquettes, ainsi que sur des tests autonomes de systèmes de conversion de puissance de turbomachines et de prototypes de groupes motopropulseurs. La fin des travaux est prévue pour la fin de 2018, cependant, depuis 2015, le carnet de commandes a commencé à s'accumuler.
Ainsi, dès que cette installation sera créée, la Russie deviendra le premier pays au monde doté de technologies spatiales nucléaires, qui serviront de base non seulement aux futurs projets de développement du système solaire, mais également à l'énergie terrestre et extraterrestre. Les centrales nucléaires spatiales peuvent être utilisées pour créer des systèmes de transmission à distance d'électricité vers la Terre ou vers des modules spatiaux utilisant un rayonnement électromagnétique. Et cela deviendra également la technologie de pointe du futur, où notre pays aura une position de leader.
Sur la base des moteurs électriques à plasma développés, de puissants systèmes de propulsion seront créés pour les vols habités à longue distance dans l'espace et, tout d'abord, pour l'exploration de Mars, dont l'orbite peut être atteinte en seulement 1,5 mois, et non en plus d'un an, comme lors de l'utilisation de moteurs à réaction chimiques conventionnels. ...
Et l'avenir commence toujours par une révolution énergétique. Et rien d'autre. L'énergie est primaire, et c'est la quantité d'énergie consommée qui affecte le progrès technique, la capacité de défense et la qualité de vie des personnes.

Moteur de fusée à plasma expérimental de la NASA

L'astrophysicien soviétique Nikolai Kardashev a proposé en 1964 une échelle pour le développement des civilisations. Selon cette échelle, le niveau de développement technologique des civilisations dépend de la quantité d'énergie que la population de la planète utilise pour ses besoins. C'est ainsi que la civilisation de type I utilise toutes les ressources disponibles sur la planète ; civilisation de type II - reçoit l'énergie de son étoile, dans le système dans lequel elle se trouve; et une civilisation de type III utilise l'énergie disponible de sa galaxie. L'humanité n'a pas encore atteint la civilisation de type I à cette échelle. Nous n'utilisons que 0,16 % de l'approvisionnement énergétique potentiel total de la planète Terre. Cela signifie que la Russie et le monde entier ont de la place pour se développer, et ces technologies nucléaires ouvriront la voie à notre pays non seulement vers l'espace, mais aussi vers la prospérité économique future.
Et, peut-être, la seule option pour la Russie dans le domaine scientifique et technique est maintenant de faire une percée révolutionnaire dans les technologies nucléaires spatiales afin de surmonter le retard à long terme des dirigeants d'un « saut » et d'être immédiatement à l'origine de une nouvelle révolution technologique dans le prochain cycle de la civilisation humaine. Une telle chance unique n'arrive à tel ou tel pays qu'une seule fois en plusieurs siècles.
Malheureusement, la Russie, qui n'a pas accordé l'attention voulue aux sciences fondamentales et à la qualité de l'enseignement supérieur et secondaire au cours des 25 dernières années, risque de perdre cette chance à jamais si le programme est écourté et qu'une nouvelle génération de chercheurs ne vient pas remplacer les scientifiques et ingénieurs actuels. Les défis géopolitiques et technologiques auxquels la Russie sera confrontée dans 10 à 12 ans seront très sérieux, comparables à ceux du milieu du 20e siècle. Afin de préserver la souveraineté et l'intégrité de la Russie à l'avenir, il est urgent de commencer à former des spécialistes capables de répondre à ces défis et de créer quelque chose de fondamentalement nouveau.
Il ne reste qu'une dizaine d'années pour faire de la Russie un centre intellectuel et technologique mondial, et cela ne peut se faire sans un changement sérieux dans la qualité de l'éducation. Pour une rupture scientifique et technologique, il est nécessaire de rendre au système éducatif (tant scolaire qu'universitaire) la cohérence des regards sur l'image du monde, la fondamentalité scientifique et l'intégrité idéologique.
Quant à la stagnation actuelle de l'industrie spatiale, ce n'est pas grave. Les principes physiques sur lesquels reposent les technologies spatiales modernes seront encore longtemps demandés dans le secteur des services satellitaires conventionnels. Rappelons que l'humanité utilise la voile depuis 5,5 mille ans et que l'ère de la vapeur a duré près de 200 ans, et ce n'est qu'au XXe siècle que le monde a commencé à changer rapidement, car une autre révolution scientifique et technologique a eu lieu, qui a lancé une vague de innovations et un changement dans les structures technologiques, qui ont finalement changé à la fois l'économie et la politique mondiales. L'essentiel est d'être à l'origine de ces changements.

La Russie était et reste le leader dans le domaine de l'énergie nucléaire spatiale. Des organisations telles que RSC Energia et Roskosmos ont de l'expérience dans la conception, la construction, le lancement et l'exploitation d'engins spatiaux équipés d'une source d'énergie nucléaire. Le moteur nucléaire permet d'exploiter des avions pendant de nombreuses années, augmentant considérablement leur aptitude pratique.

Chronique historique

Dans le même temps, la livraison d'un véhicule de recherche sur les orbites de planètes lointaines du système solaire nécessite une augmentation des ressources d'une telle installation nucléaire à 5-7 ans. Il a été prouvé qu'un complexe doté d'un système de propulsion nucléaire d'une capacité d'environ 1 MW dans le cadre d'un vaisseau spatial de recherche fournira une livraison accélérée de satellites artificiels des planètes les plus éloignées, des rovers planétaires à la surface des satellites naturels de ces planètes. , et la livraison de sol à la Terre des comètes, des astéroïdes, de Mercure et des lunes de Jupiter et de Saturne.

Remorqueur réutilisable (MB)

L'un des moyens les plus importants d'améliorer l'efficacité des opérations de transport dans l'espace est l'utilisation réutilisable d'éléments du système de transport. Un moteur nucléaire pour vaisseaux spatiaux d'une capacité d'au moins 500 kW vous permet de créer un remorqueur réutilisable et ainsi d'augmenter considérablement l'efficacité d'un système de transport spatial à liaisons multiples. Un tel système est particulièrement utile dans le programme d'assurer des flux de marchandises annuels importants. Un exemple serait le programme d'exploration de la lune avec la création et l'entretien d'une base habitable en constante expansion et de complexes technologiques et industriels expérimentaux.

Calcul du chiffre d'affaires du fret

Selon les études de conception de RSC Energia, lors de la construction de la base, des modules pesant environ 10 tonnes devraient être livrés à la surface lunaire, jusqu'à 30 tonnes sur l'orbite de la Lune. base lunaire et une station orbitale lunaire visitée est estimée à 700-800 tonnes, et le trafic de fret annuel pour assurer le fonctionnement et le développement de la base est de 400-500 tonnes.

Cependant, le principe de fonctionnement d'un moteur nucléaire ne permet pas au transporteur d'accélérer assez rapidement. En raison du long temps de transport et, par conséquent, du temps considérable passé par la charge utile dans les ceintures de rayonnement de la Terre, toutes les marchandises ne peuvent pas être livrées à l'aide de remorqueurs à propulsion nucléaire. Ainsi, le flux de trafic pouvant être assuré sur la base des systèmes de propulsion électronucléaire est estimé à seulement 100-300 t/an.

L'efficacité économique

Comme critère d'efficacité économique d'un système de transport interorbital, il convient d'utiliser la valeur du coût spécifique de transport d'une unité de masse d'une charge utile (PG) de la surface de la Terre à l'orbite cible. RSC Energia a développé un modèle économique et mathématique qui prend en compte les principales composantes des coûts du système de transport :

• créer et lancer des modules de remorqueur en orbite ;
• pour l'achat d'une installation nucléaire en fonctionnement ;
• les coûts d'exploitation ainsi que les coûts de R&D et les coûts d'investissement potentiels.

Les indicateurs de coût dépendent des paramètres optimaux du MB. À l'aide de ce modèle, l'efficacité économique comparée de l'utilisation d'un remorqueur réutilisable basé sur des systèmes de propulsion nucléaire d'une capacité d'environ 1 MW et d'un remorqueur jetable basé sur des remorqueurs à propulsion liquide prometteurs dans le programme pour assurer la livraison de la Terre à la L'orbite lunaire avec une altitude de 100 km de charge utile avec une masse totale de 100 t/an a été étudiée. Lors de l'utilisation du même lanceur d'une capacité de charge égale à celle du lanceur Proton-M, et d'un schéma à deux lanceurs pour la construction d'un système de transport, le coût unitaire de livraison d'une unité de masse de charge utile à l'aide d'un remorqueur basé sur un moteur sera trois fois plus faible que lors de l'utilisation de remorqueurs jetables basés sur des fusées à propergol liquide, type DM-3.

Conclusion

Un moteur nucléaire efficace pour l'espace contribue à la solution des problèmes environnementaux de la Terre, le vol humain vers Mars, la création d'un système de transmission sans fil de l'énergie dans l'espace, la mise en œuvre avec une sécurité accrue de l'enfouissement dans l'espace de déchets radioactifs particulièrement dangereux provenant de l'énergie nucléaire au sol, la création d'une base lunaire habitable et le début du développement industriel de la Lune, assurant la protection de la Terre contre l'aléa astéroïde-cométaire.