Пользователь
261,7
рейтинг
29 июня 2014 в 20:31

Не лей мне соль в реактор или не-импульсные ядерные ракетные двигатели


Идея бросать за корму атомные бомбы в проекте «Орион» оказалась слишком брутальной, но объемы энергии, которые дает реакция ядерного расщепления, не говоря уже о синтезе, крайне привлекательны для космонавтики. Поэтому было создано множество не-импульсных систем, избавленных от проблем с хранением сотен ядерных бомб на борту и циклопических амортизаторов. О них сегодня мы и поговорим.

Ядерная физика на пальцах



Что такое ядерная реакция? Если объяснять очень просто, картина будет примерно следующая. Из школьной программы мы помним, что вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, а атомы — из протонов, электронов и нейтронов (есть уровни ниже, но нам хватит и этого). Некоторые тяжелые атомы имеют интересное свойство — если в них попадает нейтрон, они распадаются на более легкие атомы и выпускают несколько нейтронов. Если эти выпущенные нейтроны попадут в находящиеся рядом другие тяжелые атомы, распад повторится, и мы получим цепную ядерную реакцию. Движение нейтронов с большой скоростью означает, что это движение превращается в тепло при замедлении нейтронов. Поэтому атомный реактор — это очень мощный нагреватель. Им можно кипятить воду, полученный пар направить на турбину, и получить атомную электростанцию. А можно нагревать водород и выбрасывать его наружу, получив ядерный реактивный двигатель. Из этой идеи родились первые двигатели — NERVA и РД-0410.

NERVA


История проекта

Формальное авторство (патент) на изобретение атомного ракетного двигателя принадлежит Ричарду Фейнману, согласно его же мемуарам «Вы, конечно же шутите, мистер Фейнман». Книга, кстати, всячески рекомендуется к прочтению. Лос-Аламосская лаборатория стала разрабатывать ядерные ракетные двигатели в 1952 году. В 1955 году Был начат проект Rover. На первом этапе проекта, KIWI, было построено 8 экспериментальных реакторов и с 1959 по 1964 год изучалась продувка рабочего тела сквозь активную зону реактора. Для временнОй привязки, проект «Орион» существовал с 1958 по 1965 год. У «Ровера» были второй и третий этапы, изучавшие реакторы большей мощности, но NERVA базировалась на Kiwi из-за планов первого испытательного пуска в космосе в 1964 году. Сроки постепенно съехали, и первый наземный пуск двигателя NERVA NRX/EST (EST — Engine System Test — тест двигательной системы) состоялся в 1966 году. Двигатель успешно проработал два часа, из которых 28 минут составила работа на полной тяге. Второй двигатель NERVA XE был запущен 28 раз и проработал в общей сложности 115 минут. Двигатель был признан пригодным для космической техники, а испытательный стед был готов к испытаниям новых собранных двигателей. Казалось, что NERVA ждет блестящее будущее — полёт на Марс в 1978, постоянная база на Луне в 1981, орбитальные буксиры. Но успех проекта вызвал панику в Конгрессе — лунная программа оказалась очень дорогой для США, марсианская программа оказалась бы ещё дороже. В 1969 и 1970 годах финансирование космоса серьезно сокращалось — были отменены «Аполлоны»-18,19 и 20, и огромные объемы денег на марсианскую программу никто бы не стал выделять. В итоге работа по проекту велась без серьезной подпитки деньгами и в итоге он был закрыт в 1972 году.

Конструкция



Водород из бака поступал в реактор, нагревался там, и выбрасывался наружу, создавая реактивную тягу. Водород был выбран как рабочее тело потому, что у него легкие атомы, и их проще разогнать до большой скорости. Чем больше скорость реактивного выхлопа — тем эффективнее ракетный двигатель.
Отражатель нейтронов использовался для того, чтобы нейтроны возвращались обратно в реактор для поддержания цепной ядерной реакции.
Управляющие стержни использовались для управления реактором. Каждый такой стержень состоял из двух половин — отражателя и поглотителя нейтронов. Когда стержень поворачивался отражателем нейтронов, их поток в реакторе увеличивался и реактор повышал теплоотдачу. Когда стержень поворачивался поглотителем нейтронов, их поток в реакторе уменьшался, и реактор понижал теплоотдачу.
Водород также использовался для охлаждения сопла, а теплый водород от системы охлаждения сопла вращал турбонасос для подачи новых порций водорода.


Двигатель в работе. Водород поджигался специально на выходе из сопла во избежание угрозы взрыва, в космосе горения бы не было.

Двигатель NERVA создавал тягу 34 тонны, примерно в полтора раза меньше двигателя J-2, стоявшего на второй и третьей ступенях ракеты «Сатурн-V». Удельный импульс составлял 800-900 секунд, что было в два раза больше лучших двигателей на топливной паре «кислород-водород», но меньше ЭРД или двигателя «Ориона».

Немного о безопасности

Только что собранный и не запущенный ядерный реактор с новыми, ещё не работавшими топливными сборками достаточно чист. Уран ядовит, поэтому необходимо работать в перчатках, но не более. Никаких дистанционных манипуляторов, свинцовых стен и прочего не нужно. Вся излучающая грязь появляется уже после запуска реактора из-за разлетающихся нейтронов, «портящих» атомы корпуса, теплоносителя и т.п. Поэтому, в случае аварии ракеты с таким двигателем радиационное заражение атмосферы и поверхности было бы небольшим, и конечно же, было бы сильно меньше штатного старта «Ориона». В случае же успешного старта заражение было бы минимальным или вообще отсутствовало, потому что двигатель должен был бы запускаться в верхних слоях атмосферы или уже в космосе.

РД-0410




Советский двигатель РД-0410 имеет похожую историю. Идея двигателя родилась в конце 40-х годов среди пионеров ракетной и ядерной техники. Как и в проекте Rover первоначальной идеей была атомный воздушно-реактивный двигатель для первой ступени баллистической ракеты, затем разработка перешла в космическую отрасль. РД-0410 разрабатывался медленнее, отечественные разработчики увлеклись идеей газофазного ЯРД (об этом будет ниже). Проект был начат в 1966 году и продолжался до середины 80-х годов. В качестве цели для двигателя называлась миссия «Марс-94» — пилотируемый полёт на Марс в 1994 году.
Схема РД-0410 аналогична NERVA — водород проходит через сопло и отражатели, охлаждая их, подается в активную зону реактора, нагревается там и выбрасывается.
По своим характеристикам РД-0410 был лучше NERVA — температура активной зоны реактора составляла 3000 К вместо 2000 К у NERVA, а удельный импульс превышал 900 с. РД-0410 был легче и компактней NERVA и развивал тягу в десять раз меньше.


Испытания двигателя. Боковой факел слева внизу поджигает водород во избежание взрыва.

Развитие твердофазных ЯРД


Мы помним, что чем выше температура в реакторе, тем больше скорость истечения рабочего тела и тем выше удельный импульс двигателя. Что мешает повысить температуру в NERVA или РД-0410? Дело в том, что в обоих двигателях тепловыделяющие элементы находятся в твердом состоянии. Если повысить температуру, они расплавятся и вылетят наружу вместе с водородом. Поэтому для бОльших температур необходимо придумать какой-то другой способ осуществления цепной ядерной реакции.

Двигатель на солях ядерного топлива

В ядерной физике есть такое понятие как критическая масса. Вспомните цепную ядерную реакцию в начале поста. Если делящиеся атомы находятся очень близко друг к другу (например, их обжали давлением от специального взрыва), то получится атомный взрыв — очень много тепла в очень небольшие сроки. Если атомы обжаты не так плотно, но поток новых нейтронов от деления растет, получится тепловой взрыв. Обычный реактор в таких условиях выйдет из строя. А теперь представим, что мы берем водный раствор делящегося материала (например, солей урана) и подаем их непрерывно в камеру сгорания, обеспечивая там массу больше критической. Получится непрерывно горящая ядерная «свечка», тепло от которой разгоняет прореагировавшее ядерное топливо и воду.



Идея была предложена в 1991 году Робертом Зубриным и, по различным подсчетам, обещает удельный импульс от 1300 до 6700 с при тяге, измеряющейся тоннами. К сожалению, подобная схема имеет и недостатки:
  • Сложность хранения топлива — необходимо избегать цепной реакции в баке, размещая топливо, например, в тонких трубках из поглотителя нейтронов, поэтому баки будут сложными, тяжелыми и дорогими.
  • Большой расход ядерного топлива — дело в том, что КПД реакции (количество распавшихся/количество потраченных атомов) будет очень низким. Даже в атомной бомбе делящийся материал «сгорает» не полностью, тут же бОльшая часть ценного ядерного топлива будет выбрасываться впустую.
  • Наземные тесты практически невозможны — выхлоп такого двигателя будет очень грязным, грязнее даже «Ориона».
  • Есть некоторые вопросы насчет контроля ядерной реакции — не факт, что простая в словесном описании схема будет легкой в технической реализации.


Газофазные ЯРД


Следующая идея — а что, если мы создадим вихрь рабочего тела, в центре которого будет идти ядерная реакция? В этом случае высокая температура активной зоны не будет доходить до стенок, поглощаясь рабочим телом, и её можно будет поднять до десятков тысяч градусов. Так родилась идея газофазного ЯРД открытого цикла:



Газофазный ЯРД обещает удельный импульс до 3000-5000 секунд. В СССР был начат проект газофазного ЯРД (РД-600), но он не дошёл даже до стадии макета.
«Открытый цикл» означает, что ядерное топливо будет выбрасываться наружу, что, конечно, снижает КПД. Поэтому была придумана следующая идея, диалектически вернувшаяся к твердофазным ЯРД — давайте окружим область ядерной реакции достаточно термостойким веществом, которое будет пропускать излучаемое тепло. В качестве такого вещества предложили кварц, потому что при десятках тысяч градусов тепло передается излучением и материал контейнера должен быть прозрачным. Получился газофазный ЯРД закрытого цикла, или же «ядерная лампочка»:



В этом случае ограничением для температуры активной зоны будет термическая прочность оболочки «лампочки». Температура плавления кварца 1700 градусов Цельсия, с активным охлаждением температуру можно повысить, но, в любом случае, удельный импульс будет ниже открытой схемы (1300-1500 с), но ядерное топливо будет расходоваться экономней, и выхлоп будет чище.

Альтернативные проекты


Кроме развития твердофазных ЯРД есть и оригинальные проекты.

Двигатель на делящихся фрагментах

Идея этого двигателя заключается в отсутствии рабочего тела — им служит выбрасываемое отработанное ядерное топливо. В первом случае из делящихся материалов делаются подкритические диски, которые не запускают цепную реакцию сами по себе. Но если диск поместить в реакторную зону с отражателями нейтронов, запустится цепная реакция. А вращение диска и отсутствие рабочего тела приведет к тому, что распавшиеся высокоэнергетические атомы улетят в сопло, генерируя тягу, а не распавшиеся атомы останутся на диске и получат шанс при следующем обороте диска:



Ещё более интересная идея состоит в создании пылевой плазмы (вспомним «плазменный кристалл» на МКС) из делящихся материалов, в которой продукты распада наночастиц ядерного топлива ионизируются электрическим полем и выбрасываются наружу, создавая тягу:



Обещают фантастический удельный импульс в 1 000 000 секунд. Энтузиазм охлаждает тот факт, что разработка находится на уровне теоретических изысканий.

Двигатели на ядерном синтезе

В ещё более отдаленной перспективе создание двигателей на ядерном синтезе. В отличие от реакций распада ядер, где атомные реакторы были созданы почти одновременно с бомбой, термоядерные реакторы до сих пор не передвинулись из «завтра» в «сегодня» и использовать реакции синтеза можно только в стиле «Ориона» — бросаясь термоядерными бомбами.

Ядерная фотонная ракета

Теоретически можно разогреть активную зону до такой степени, что тягу можно будет создавать, отражая фотоны. Несмотря на отсутствие технических ограничений, подобные двигатели на текущем уровне технологии невыгодны — тяга будет слишком маленькой.

Радиоизотопная ракета

Вполне рабочим будет ракета, нагревающая рабочее тело от РИТЭГа. Но РИТЭГ выделяет сравнительно мало тепла, поэтому такой двигатель будет очень малоэффективным, хотя и очень простым.

Заключение


На текущем уровне технологии можно собрать твердотельный ЯРД в стиле NERVA или РД-0410 — технологии освоены. Но такой двигатель будет проигрывать связке «атомный реактор+ЭРД» по удельному импульсу, выигрывая по тяге. А более продвинутые варианты есть пока только на бумаге. Поэтому лично мне более перспективной кажется связка «реактор+ЭРД».

Источники информации


Главный источник информации — английская Википедия и ресурсы, указанные в ней как ссылки. Как ни парадоксально, но любопытные статьи по ЯРД есть на Традиции — твердофазный ЯРД и газофазный ЯРД. Статья про двигатели на делящихся фрагментах и пылевой плазме.
Филипп Терехов @lozga
карма
543,7
рейтинг 261,7
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (34)

  • 0
    А оценки эффективности «Двигателей на ядерном синтезе» есть? Хотя бы чисто теоретические как в случае с Двигателем на делящихся фрагментах?

    Просто если наконец случится чудо и человечество освоит ядерный синтез, вчерашнее «завтра» перейдет в сегодня, чего нам ожидать? Колоссальный скачок? или так, линейное улучшение?
    • +1
      Смотрите значения удельного импульса в посте — это главный параметр эффективности двигателя.
    • +2
      Что же касается конкретно двигателей на ядерном синтезе — там выше выход энергии и доступнее топливо, поэтому двигатель на управляемой синтезе был бы сильно лучше.
    • +3
      Тут довольно много материала по двигателям и перспективам развития космических кораблей.

      Теоретический предел удельного импульса термоядерного двигателя получается порядка 0.1с. То есть, этого достаточно, чтобы за одно поколение улететь к ближайшим звёздам. Я не могу подобрать достаточно выразительного цензурного эпитета, чтобы охарактеризовать такой скачок.

      Круче могут быть только двигатели на антиматерии и варп-драйв.
  • +6
    Спасибо! Отличная, компетентная статья. Особенно радует правильное использование русских терминов. В последнее время это стало редким явлением в подобных публикациях.
  • +2
    Не указали самый простой и реально существующий вариант — ионный двигатель с ядерным источником энергии.
    • +7
      В заключении этот вариант указан как самый перспективный по моему мнению. ЭРД — это ионные, плазменные и прочие двигатели.
      • +2
        Тогда прошу прощения. Не был знаком с этой аббревиатурой. Да, исходя из общих принципов это один из самых нормальных вариантов. Очень высокий удельный импульс и отсутствие необходимости использовать всякие экзотические конструкции с делящимися материалами. Плюс, заменяемость энергетических элементов исходя из требуемых ТТХ.
        • +1
          Тяга только маленькая. А так да — и более — менее просто, и нет монструозных агрегатов, и удельный импульс очень привлекательный. Но на очень мощный реактор можно поставить 10-100 ЭРД и лететь.
          • 0
            С Земли взлететь на ЭРД не получится скорее всего никогда. Все упирается в охлаждение, для взлета с Земли требуется довольно-таки приличное количество энергии на кг массы. В обычных реактивных движках и ЯРД это тепло сбрасывается с рабочим телом. В замкнутых системах где холодильник и рабочее тело — разные вещи, этот фокус уже не проходит. Причем с некоторого (небольшого) предела чем выше удельный импульс, тем энергетически невыгоднее двигатель (масса рабочего тела уменьшается, но затраты энергии на выведение полезной нагрузки растут) и стало быть тем больше количество тепла приходится сбрасывать. Поэтому с существующими технологиями — вообще никак. На рисунках космических «тягачей» с ядерными движками это, кстати, отлично видно — там маленький такой реактор и движок обвешаны здоровеннейшими (и составляющими самую сложную часть системы!) радиаторами охлаждения, при том что тяга этой конструкции весьма и весьма мала.
            • 0
              Да, конечно, для взлета с Земли они непригодны. Но вот в космосе это самый симпатичный мне вариант.
  • +2
    ЯРД, я надеюсь, уже основательно в прошлом. Будущее за турбомашинным преобразованием в космосе.

    ЯЭДУ для ТЭМ: www.rosatom.ru/journalist/interview/a37ccb004393128d86e0e658732d9c8b
    • 0
      Мне они тоже больше нравятся.
      • 0
        Ну открытые системы никто запускать никто уже не сможет, выбирать приходится из термоэмиссии (или вдруг термоэлектричества) и турбомашинного преобразования. Судя по периодически мелькающим в прессе материалам, работы по последнему направлению ведутся и у нас и в США.

        www.nasa.gov/vision/universe/features/nep_prometheus.html (последние из доступных отчетов. Искать — Prometheus)

        У нас информации и того меньше. Содержащаяся в открытом доступе — косвенная.

        mntk.rosenergoatom.ru/mediafiles/u/files/Doklady/Karzov.pdf второй слайд справа.
        www.akmeengineering.com/332.html аббревиатура в конце статьи.
        moscow.tendermedia.ru/lot/show/7003079 ну и как-то так.

        Ну и статья в АиФ. Ссылка выше — росатомовская. Вот ссылка АиФа: www.aif.ru/society/science/1145657 (она хоть иллюстрированная :) )
    • 0
      Ничего себе они замахнулись. На быстрых нейтронах, да с газовым теплоносителем. Кажется, раньше никто такое ещё не пробовал.

      Вычитал вот тут: novosti-kosmonavtiki.ru/mag/2013/1099/14567/.
    • –2
      Оно годится только для межпланетных перелетов с опорных орбит, при том что как раз полеты с орбиты являются наименьшей из текущих проблем освоения Солнечной Системы. В космос взлететь на подобной конструкции невозможно
      • 0
        ЯЭДУ, по замыслу, запускаться будет на низкой опорной. Доставка на НОО Ангарой, к примеру.
        • 0
          Доставка на НОО Протоном, в чём весь цимес. То есть хоть сейчас засылай.
          • 0
            Я так понял что это отдельные элементы Протоном, в единую конструкцию их еще собирать нужно будет.
            Но смысл? Какие задачи будет решать этот тягач?
            • +1
              Обеспечение лунной базы, полёты на Марс. Подобный тягач намного более экономичный, чем традиционные ЖРД. И, кстати, более надёжный, если считать по времени работы.

              Солнечные батареи, которые смогли бы выдавать 1МВт были бы гигантского размера. Судя по википедии, сейчас они выдают порядка 300 ватт с квадратного метра.
              • +1
                1000 кВт / 0.3 кВт-м-2 = 3350 м2 солнечных батарей. На МКС, для сравнения, стоит 2500 м2. Правда там в среднем с учетом потерь (половина времени в тени, потери на конверсию тока и зарядку батарей и т.д.) порядка 100 кВт только снимается на 100 тонн батарей и сопутствующего оборудования, но все равно 1 МВт солнечной энергии снять на околоземной орбите — это не нечто запредельное.

                Но это все, впрочем, неважно. Зачем вообще в космосе нужен мегаватт электрической мощности за миллиард долларов? Грузы непрерывно таскать туда-сюда между орбитами? А откуда эти грузы, позвольте узнать, возьмутся? Луна и Марс нафиг никому не нужны при текущей стоимости выведения грузов на орбиту. Ядерный тягач в самом лучшем случае снизит расходы на обеспечение лунной/марсианской базы на ~60%, но оставшиеся 40% — это все равно запредельно дорого. При этом для одиночных миссий он подходит плохо, толк от ядерного тягача есть лишь при его непрерывной работе. Для того же полета к Марсу, например, можно просто разгон вести на малой тяге более длительное время — или просто лететь дольше по энергетически более выгодной орбите.

                Нет, чисто теоретически конструкция приятная. Но крайне мало применимая на практике и основных проблем стоящих перед сегодняшней космонавтикой не решающая
                • +1
                  Хм. Потому и незачем что нечем. :)
                  Будущее космонавтики неразрывно связано с ростом энерговооруженности космических аппаратов. Полноценные орбитальные базы. Лаборатории. Заводы. И не только околоземные. Вы для начала дайте мегаватт на орбите, а куда его деть всегда придумают.
                  • 0
                    «Вы вначале постройте нам пирамиду Хеопса, а куда деть её всегда придумают»

                    Мегаватт на орбите есть вспомогательный инструмент, он упрощает определенные моменты, но никаких основных проблем (например «как за разумные деньги вывести килограмм полезной нагрузки в космос») он не решает
        • 0
          А в чем его преимущество перед банальным разгонным блоком или тягачом на ионных двигателях с питанием от солнечных батарей, например?
  • 0
    Еще из области фантастики была статья в «Юный техник», называлась «Лазер — двигатель ракеты».
    • +1
      Вот например разгон с помощью лазера www.youtube.com/watch?v=LAdj6vpYppA
      Занятная форма кормы неуправляемой «штуки» нужна для центрирования и зависания в лазерном луче кольцевой формы.
    • 0
      У этой технологии есть свои большие плюсы, но к конкретно этому посту она отношения не имеет.
  • 0
    Но такой двигатель будет проигрывать связке «атомный реактор+ЭРД» по удельному импульсу, выигрывая по тяге.


    Стоит заметить, что проигрыш по УИ составляет один-два порядка, а выигрыш по тяге — три-четыре.
    • 0
      Хорошее замечание. Я тут быстро прикинул, реактор+ЭРД на один порядок хуже по тяге. К счастью в космосе УИ обычно важнее тяги.
      • 0
        И каким же образом вы это прикинули, интересно знать?..
        Тяга ЭРД — граммы. В перспективных двигателях — килограммы. 200 МВт VASIMR из далёкой перспективы будет иметь тягу в сотни килограмм. Тяга прототипов ЯРД составляла десятки тонн…
        Кстати, тот самый VASIMR (т.е. двигатель с переменным УИ) придумали как раз потому, что обычно важнее тяга… Он потенциально может давать 30 000 с, но по проекту почти всё время будет использоваться при УИ 3000-5000 с, т.к. только тогда он может давать заметную тягу. А при максимальном УИ мы хоть и расходуем меньше рабочего тела, но тратим столько энергии, что масса её источника перекрывает всю экономию в рабочем теле.
        Кроме того, в ЯРД тепло от топлива сразу передаётся рабочему телу. А в ЭРД + реактор сначала теплоносителю, потом турбине, потом генератору (уже потеряли 70%), потом в преобразователь, потом в микроволновый излучатель, который нагревает рабочее тело и оно наконец вылетает из двигателя. Причём в ЯРД нет нужды в ионизации рабочего тела, а значит нет потери энергии (30-50% в ЭРД) на это. В результате ЯРД расходует энергию почти на порядок эффективнее. Добавим к этому, что отсутствие промежуточных звеньев решительно снижает массу конструкции и позволяет одновременно повысить её мощность.
        • 0
          Я считал на мегаватт мощности реактора, в уме. Давайте посчитаем медленно и письменно. NERVA — мощность ~1000 мегаватт, тяга ~400 000 Н, 400 Н/МВт. СПД-2300 тяга ~0,1 Н на 2,3 кВт, т.е. 434 двигателя на мегаваттный реактор, 43 Н/МВт. Все верно, на один порядок хуже.
          Тут есть интересный баланс — ядерный двигатель греет напрямую, но с меньшим УИ, а ЭРД потребляет преобразованное в электричество тепло, но с большим УИ.
          • 0
            Неправильно вы считаете… У NERVA 1000 МВт — это тепловая мощность, а у СПД — электрическая. Так что в самом оптимистичном случае делите свои 43 ещё на 3-4 чтобы узнать, каково отношение тяги к тепловой мощности реактора. Получаем в итоге примерно 12. 400 против 12. Да, УИ у ЯРД в 3 раза меньше, что теоретически должно означать трёхкратно большую тягу на единицу мощности. А на практике она не в три раза, а в 33. Как раз потому, что ЯРД на порядок эффективнее преобразует энергию.
            Впрочем, на самом деле вы завысили тягу ЯРД. Реальные 1 ГВт двигатели имели тягу на уровне 200-250 кН, так что ЯРД только в 6 раз эффективнее ЭРД (и имеет в 18 раз большую тягу на единицу тепловой мощности реактора). Но шестикратный рост эффективности при одновременном многократном снижении массы силовой установки — это тоже очень дофига.

            Подсчитаем. Для ЯРД имеем реальную удельную тепловую мощность 400 кВт/кг. Для космических АЭС оптимистично считают возможным получить 1 кВт/кг электрической мощности (тепловая в 3-4 раза больше, но всё равно в сотню раз меньше, чем для ЯРД). Значит для проекта VASIMR 200 MW потребуется АЭС массой в 200 т (ага, в космосе). В тоже самое время как 1 ГВт ЯРД весит 2,5 т. Соответственно, мы можем взять 197,5 т рабочего тела вместо этой АЭС. А ведь я ещё массу самого VASIMR не учитывал! Он сам как ЯРД весить будет, так что выигрыш в рабочем теле все 200 т.
            Теперь прикинем:
            50 т корабль + 100 т рабочего тела + 200 т АЭС при 4000 с (при таком УИ будут использовать VASIMR почти весь полёт к Марсу) = 13,2 км/с характеристическая скорость;
            50 т корабль + 300 т рабочего тела при 850 с (УИ, характерный для ЯРД с твёрдой активной зоной) = 14,9 км/с характеристическая скорость.
            В случае ЯРД скорость получается при той же стартовой массе больше. И это при нереально оптимистичной удельной мощности АЭС! Реально таких параметров ещё никто и никогда не получал.
            При этом тяга VASIMR будет где-то 0,5 т, а ЯРД — 25 т. Стоит ли говорить, что пятидесятикратный рост тяги сам по себе позволит долететь быстрее за счёт того, что почти весь полёт будет на максимальной скорости, а не половина полёта — разгон, половина — торможение?

            Ну и, наконец, есть же перспектива создания газофазных ЯРД! У них УИ будет на уровне ЭРД (2500-3000 с у закрытых схем) при этом сохраняется многократно большая эффективность и на порядки большая удельная мощность.
            • 0
              Я брал полезную мощность, не учитывая разницы между тепловой и электрической. И делить на три не надо, потому что я брал для ЯРД тепловую мощность, а для ЭРД электрическую. NERVA имела тягу 34-40 тонн, по разным источникам, поделитесь, пожалуйста, откуда вы взяли 20 тонн?

              У вас более подробные расчеты, и, тем не менее, запас характеристической скорости получился одного порядка.

              Лично мне сейчас больше нравится связка «реактор+ЭРД», но это мнение не является попыткой предсказать будущее развитие техники. Может быть, будут летать на всех типах, выбирая наиболее подходящий для конкретной задачи. Может быть, изобретут эффективную «ядерную лампочку» (ГФЯРД открытого цикла не нравится мне выбросом части топлива вместе с рабочим телом).
              • 0
                И делить на три не надо, потому что я брал для ЯРД тепловую мощность, а для ЭРД электрическую.


                А делать так нельзя!
                Если вы рассматриваете ЭРД+АЭС, то нужно сравнивать тепловые мощности реакторов!

                NERVA имела тягу 34-40 тонн, по разным источникам, поделитесь, пожалуйста, откуда вы взяли 20 тонн?


                NERVA — это программа, в рамках которой было сделано много двигателей разной мощности.
                75 000 фунтов (34 тоны) было у 1,5 ГВт реакторов. С 1 ГВт получали только 50 000 фунтов тяги.

                У вас более подробные расчеты, и, тем не менее, запас характеристической скорости получился одного порядка.


                А с чего им быть разного порядка?.. В ракетной технике идёт борьба за каждую сотню м/с, а вы тут про порядки говорите… ЯРД позволяет получить выигрыш в несколько километров в секунду по сравнению с ЭРД+АЭС. Это гигантское преимущество.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.