Silnik rakietowy jądrowy to silnik rakietowy, którego zasada działania opiera się na reakcji jądrowej lub rozpadzie radioaktywnym, podczas gdy uwalniana jest energia, która ogrzewa płyn roboczy, którym mogą być produkty reakcji lub inna substancja, na przykład wodór.
Rzućmy okiem na opcje i zasady z akcji …
Istnieje kilka rodzajów silników rakietowych wykorzystujących wyżej opisaną zasadę działania: jądrowy, radioizotopowy, termojądrowy. Stosując jądrowe silniki rakietowe, można uzyskać określone wartości impulsów znacznie wyższe niż te, które można uzyskać z chemicznych silników rakietowych. Wysoką wartość impulsu właściwego tłumaczy duża prędkość wypływu cieczy roboczej - około 8-50 km / s. Siła ciągu silnika jądrowego jest porównywalna z siłą silników chemicznych, co pozwoli w przyszłości na wymianę wszystkich silników chemicznych na jądrowe.
Główną przeszkodą w całkowitej wymianie jest radioaktywne skażenie środowiska spowodowane przez jądrowe silniki rakietowe.
Film promocyjny:
Są podzielone na dwa typy - stałe i gazowe. W pierwszym typie silników materię rozszczepialną umieszcza się w zespołach prętów o rozwiniętej powierzchni. Pozwala to efektywnie podgrzać gazową ciecz roboczą, zwykle wodór pełni rolę cieczy roboczej. Natężenie wypływu ograniczone jest maksymalną temperaturą płynu roboczego, która z kolei bezpośrednio zależy od maksymalnej dopuszczalnej temperatury elementów konstrukcyjnych i nie przekracza 3000 K. W jądrowych silnikach rakietowych w fazie gazowej materia rozszczepialna znajduje się w stanie gazowym. Jego zatrzymanie w obszarze roboczym odbywa się poprzez działanie pola elektromagnetycznego. W przypadku tego typu jądrowych silników rakietowych elementy konstrukcyjne nie działają odstraszająco, dlatego prędkość płynu roboczego może przekraczać 30 km / s. Mogą być stosowane jako silniki pierwszego stopnia, niezależnie od wycieków materiałów rozszczepialnych.
W latach 70. XX wiek w Stanach Zjednoczonych i Związku Radzieckim aktywnie testowano jądrowe silniki rakietowe z materiałami rozszczepialnymi w fazie stałej. W Stanach Zjednoczonych opracowano program stworzenia eksperymentalnego silnika rakietowego w ramach programu NERVA.
Amerykanie opracowali reaktor grafitowy chłodzony ciekłym wodorem, który był podgrzewany, odparowywany i wyrzucany przez dyszę rakiety. Wybór grafitu podyktowany był jego odpornością na temperaturę. Zgodnie z tym projektem impuls właściwy powstałego silnika miał być dwukrotnie większy niż odpowiadający mu wskaźnik typowy dla silników chemicznych, o ciągu 1100 kN. Reaktor Nerva miał pracować w ramach trzeciego stopnia rakiety nośnej Saturn V, ale ze względu na zamknięcie programu księżycowego i brak innych zadań dla silników rakietowych tej klasy, reaktor nigdy nie został przetestowany w praktyce.
Obecnie teoretycznie trwają prace nad jądrowym silnikiem rakietowym pracującym w fazie gazowej. W silniku jądrowym pracującym w fazie gazowej przewiduje się użycie plutonu, którego wolno poruszający się strumień gazu jest otoczony szybszym przepływem chłodzącego wodoru. Eksperymenty przeprowadzono na orbitujących stacjach kosmicznych MIR i ISS, co może dać impuls do dalszego rozwoju silników gazowych.
Dziś można powiedzieć, że Rosja nieco „zamroziła” badania w dziedzinie jądrowych układów napędowych. Praca rosyjskich naukowców koncentruje się bardziej na rozwoju i doskonaleniu podstawowych bloków i zespołów elektrowni jądrowych oraz ich unifikacji. Priorytetowym kierunkiem dalszych badań w tym obszarze jest stworzenie jądrowych zespołów napędowych zdolnych do pracy w dwóch trybach. Pierwszy to tryb jądrowego silnika rakietowego, a drugi to tryb instalacji generującej energię elektryczną do zasilania sprzętu zainstalowanego na pokładzie statku kosmicznego.