Ядерный двигатель для ракеты принцип работы
«Революционная разработка»: в чём уникальность российской космической ядерной установки
Российские учёные успешно испытали систему охлаждения ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса. Об этом сообщается в акте приёмки, размещённом на сайте госзакупок. В документе подчёркивается, что «работы выполнены в полном объёме, результаты соответствуют требованиям технического задания».
«Были выявлены закономерности функционирования элементов и узлов перспективных систем отвода тепла ЯЭДУ мегаваттного класса в наземных условиях, максимально приближенных к условиям космического пространства», — говорится в акте.
В документе уточняется, что специалисты изготовили и испытали экспериментальные образцы генератора капель, элементов заборного устройства (гидросборника) и модели капельного холодильника-излучателя (КХИ).
Разработкой КХИ занимаются ФГУП «Исследовательский центр им. Келдыша», Центр космических технологий Московского авиационного института, ОАО «РКК «Энергия» им. Королёва» и Московский энергетический институт.
ЯЭДУ — перспективный двигатель для космических аппаратов, который позволит совершать межпланетные полёты в несколько раз быстрее, чем сейчас. С его помощью Россия получит возможность проводить исследования Луны, Марса, дальних планет Солнечной системы и создавать там автоматические базы.
«Принцип работы ЯЭДУ заключается в том, что компактный ядерный реактор вырабатывает тепловую энергию, которая с помощью турбины преобразуется в электрическую. Она нужна для того, чтобы питать энергией ионные электрореактивные двигатели и оборудование», — пояснил в беседе с RT младший научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Скобельцына МГУ Василий Петров.
Не имеет аналогов в мире
На современных двигателях низкопотенциальное (избыточное) тепло, которое может повредить бортовую аппаратуру, выводится в окружающее пространство (космос) через трубы панельных радиаторов, где циркулирует жидкость-теплоноситель. Такая система охлаждения представляет собой громоздкую конструкцию, не защищённую к тому же от попадания метеоритов.
Российские учёные изобрели принципиально новую схему отвода тепла. С помощью генератора холодильник-излучатель формирует капельные струйки горячего теплоносителя, который охлаждается на пути к гидросборнику и, собираясь в нём, направляется снова в рабочий контур. Подобная технология не предусматривает использования труб и таким образом облегчает конструкцию системы охлаждения.
«Успешное испытание системы охлаждения означает, что российским учёным удалось решить ключевую проблему на пути создания ЯЭДУ. Дело в том, что у атомной силовой установки один большой недостаток — она очень сильно нагревается. Если на Земле ядерный реактор охлаждается под напором воды, то в космосе такая возможность отсутствует», — сказал Петров.
Инициатором создания ЯЭДУ считается академик отделения физико-технических проблем энергетики РАН, бывший генеральный директор ФГУП «Исследовательский центр им. Келдыша» Анатолий Коротеев. Головной разработчик атомной энергодвигательной установки — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А. Доллежаля (НИКИЭТ).
Создание ЯЭДУ ведётся в рамках запущенного в 2010 году проекта транспортно-энергетического модуля (ТЭМ), над которым работают предприятия «Росатома» и «Роскосмоса». Согласно графику комиссии по модернизации при президенте РФ, опытный образец ядерного реактора мегаваттного класса должен появиться до конца 2018 года. В материалах «Росатома» подчёркивается, что данный проект не имеет аналогов в мире.
«Реализация этого проекта позволит на базе уже имеющегося задела поднять отечественную технику на принципиально новый уровень, во многом опережающий зарубежные разработки», — заявил в октябре 2009 года на заседании комиссии по модернизации глава «Роскосмоса» (в 2004—2011 годах) Анатолий Перминов.
Как сообщил ранее генеральный конструктор НИКИЭТ доктор технических наук Юрий Драгунов, в основу ЯЭДУ лёг накопленный с 1960-х годов опыт создания ядерных ракетных двигателей, термоэлектрических энергоустановок и эксплуатации всевозможной космической техники. Мощность первого образца ядерной энергодвигательной установки он оценил в 1 МВт.
Однако, как заявил Драгунов, в недалёком будущем Россия сможет производить 10-мегаваттные установки, «что подразумевает практически неограниченные возможности энергетики для космоса». По его словам, ЯЭДУ будет обладать более высоким коэффициентом полезного действия, так как тепловая энергия реактора не будет направляться на разогрев газовой смеси.
В процессе работы над космической атомной установкой специалисты ФГУП «НИИ НПО «Луч» (Подольск) впервые в мире разработали промышленную технологию создания монокристаллических длинномерных трубок из тугоплавких металлов (молибден, вольфрам, тантал, ниобий) и сплавов. Данное изобретение позволяет изготавливать агрегаты двигателей, способных работать при температуре 1500 °C.
«Очень востребованные разработки»
Василий Петров рассказал, что достижения при разработке ЯЭДУ и ТЭМ позволят создать управляемый с Земли необитаемый космический аппарат, который сможет быстрее и эффективнее транспортировать различные грузы на другие планеты и выполнять функции межорбитального буксира. Сегодня для аналогичных целей используется разгонный блок «Фрегат».
«Надо понимать, что «Фрегат» — это одноразовый аппарат, расходующий гигантское количество топлива. После выполнения своей задачи он сгорает. Конечно, это недешёвое удовольствие. Гораздо экономичнее иметь в космосе многоразовое транспортное средство, которое человек будет использовать по необходимости, причём на протяжении десятков лет. Это будет по-настоящему революционная разработка», — пояснил Петров.
Как полагает эксперт, ядерная энергодвигательная установка не несёт опасности для окружающей среды. Отработавший свой ресурс реактор может быть отправлен на «орбиту захоронения», куда уводятся аппараты после выхода из строя. Также Петров не исключает, что через десятки лет человечество изобретёт технологию утилизации ЯЭДУ.
«Создание компактных мощных ядерных реакторов и прогресс в системах охлаждения наверняка окажут серьёзный положительный эффект на развитие промышленности и экономики России. Это очень востребованные разработки в сфере энергетики, которые должны найти применение в самых разных сферах», — отметил Петров.
В беседе с RT военный эксперт Юрий Кнутов предположил, что ЯЭДУ и научно-технический прогресс, связанный с его изобретением, могут заинтересовать Минобороны РФ. По его мнению, технологический рывок, который совершили российские учёные, применим для совершенствования электромагнитного оружия, а также источников энергии для нужд ВКС и ВМФ.
«Ядерная энергия вполне может использоваться при разработке оружия с электромагнитным импульсом и как источник питания для различных средств разведки. Также эти наработки пригодятся для создания более эффективных и простых в эксплуатации морских силовых установок. Речь идёт о «вечном» ядерном реакторе с ресурсом на весь жизненный цикл атомной подлодки», — заявил Кнутов.
Эксперт также отметил, что в ближайшее время не стоит ожидать создания межпланетного корабля из-за невозможности на данный момент обеспечить 100%-ную защиту человека от солнечной радиации на расстоянии свыше 500 км от Земли. Кроме того, вспышки на Солнце будут пагубно влиять не только на экипаж, но и на электронику.
«Пока говорить о возможности создания корабля с ЯЭДУ преждевременно. Чтобы защитить экипаж, ему потребуется свинцовый корпус толщиной несколько метров. В итоге корабль будет громоздким и чрезвычайно дорогим. Конечно, никто в это вкладывать деньги не будет. Но прогресс не стоит на месте. С изобретением лёгкого прочного средства защиты перед Россией и человечеством откроются действительно невероятные перспективы», — резюмировал Кнутов.
Ядерный двигатель для ракеты принцип работы
Покорение космоса и освоение дальних планет — мечта человечества. Исполнить ее вряд ли удастся без атомных технологий. О том, как эффективно использовать атом в космосе, какими должны быть мощность и стартовая масса ракеты для полета на Марс, о принципах работы ядерных ракетных двигателей и перспективных космических проектах Росатома рассказывает заместитель главного конструктора НИКИЭТа Елена Ромадова.
Автор: Ирина Сухарева
Сегодняшняя тема — космическая ядерная энергетика. Мы поговорим о принципах работы ядерных космических установок, об истории их создания, о современных разработках в этой области и о перспективах развития космической энергетики.
Практическое освоение космоса началось 4 октября 1957 года с запуска первого в мире искусственного спутника Земли на околоземную орбиту. В этом году мы будем отмечать 60 лет этого знаменательного события. С того момента космонавтика начала развиваться стремительными темпами: первый полет Ю. А. Гагарина в космос, первый выход человека в открытый космос, высадка человека на Луну, первая стыковка в космосе, высадка космических аппаратов на поверхность других планет, многолетняя эксплуатация орбитальных станций и так далее.
Космос сегодня — это:
- глобальная спутниковая связь и телевещание;
- высокоточная космическая навигация, метео- и экологический мониторинг;
- дистанционное зондирование Земли с целью изучения природных ресурсов, картографии;
- фундаментальные космические исследования;
- пилотируемые полеты на долговременных орбитальных станциях с выполнением программы научно-прикладных исследований.
Из этого перечня следует, что современная космонавтика решает, главным образом, задачи информационного обеспечения.
И связано это прежде всего с тем, что возможности наращивания энергетики космического применения на старых принципах практически исчерпаны. Поэтому для решения более энергоемких задач в космосе необходимо создание мощной энергетики, и прежде всего за счет использования ядерной энергии.
Энергетика космических аппаратов подразделяется на два основных направления:
- энергетика для обеспечения движения космического аппарата;
- энергетика для электрообеспечения бортовой аппаратуры и полезной нагрузки.
Елена Леонардовна Ромадова окончила МВТУ им. Н. Э. Баумана по специальности «Ядерные энергетические установки» в 1984 году. Ее специализация — «Космические ядерные энергетические установки».
После учебы первым местом работы Е. Ромадовой стал НИИАР в Димитровграде, где она занималась научно-техническими разработками в области быстрых натриевых реакторов (БН‑600).
Работала как на экспериментальных стендах, так и на исследовательском реакторе БОР‑60. В 1997 году защитила кандидатскую диссертацию.
С 1999 года Е. Ромадова работает в НИКИЭТе. Сегодня она занимает должность заместителя главного конструктора космических ядерных энергоустановок.
Увлекается музыкой, живописью, спортом (большой теннис, горные лыжи, фитнес, яхтинг.) Недавно получила международный сертификат яхтенного капитана.
О видах ракетных двигателей
Для обеспечения движения космических аппаратов используются реактивные ракетные двигатели. По назначению они подразделяются на основные и вспомогательные.
Основные ракетные двигатели обеспечивают разгон ракет-носителей и космических аппаратов до требуемых скоростей полета, перевод космического аппарата с орбиты искусственного спутника Земли на траекторию полета к другим планетам, посадку на планету и так далее. Вспомогательные двигатели используются для управления полетом ракеты и космического аппарата, ориентации и стабилизации космического аппарата, разделения частей ракеты-носителя и других операций.
Но независимо от назначения принцип работы любого ракетного двигателя заключается в преобразовании определенного вида энергии в кинетическую энергию. В зависимости от типа преобразуемой энергии практически все ракетные двигатели подразделяются на тепловые и электрические.
В настоящее время наибольшее распространение получили химические двигатели. Этот тип двигателей на сегодняшний день — единственный, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов. По сути эти двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. Рабочее тело в них — горячий газ, образующийся при реакции горючего с окислителем в камере сгорания. Продукты химической реакции из камеры сгорания попадают в сопло Лаваля, обеспечивающее максимальное преобразование тепловой энергии в кинетическую. Химические ракетные двигатели делятся на жидкостные, твердотопливные и комбинированные, в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.
Ядерные ракетные двигатели (ЯРД) относятся к тепловым. Они используют энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
Сегодня мы не будем рассматривать ядерные ракетные двигатели, основанные на синтезе ядер, потому что это дело далекого будущего. Пока в этой области разрабатываются только проекты. Зато уже доказано, что ядерные ракетные двигатели, принцип работы которых основан на реакции деления урана, создавать и использовать можно.
Существуют различные ЯРД: твердофазные, жидкофазные и газофазные, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора.
Второй тип двигателей — это электрические ракетные двигатели. Их принцип работы основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. Однако такому двигателю необходим внешний источник электроэнергии.
Такие двигатели уже опробованы в космосе. Ведутся работы по значительному улучшению их характеристик.
Как же определить, какой из двигателей лучше? На первый взгляд кажется: чем двигатель мощнее, то есть чем больше его тяга, тем он лучше. Однако на практике все гораздо сложнее. Один из важнейших параметров, характеризующий эффективность и экономичность двигателя, — это его удельный импульс.
Удельный импульс — это количество секунд, которое данный двигатель проработает на одном килограмме топлива, создавая тягу в 1 ньютон. То есть чем больше удельный импульс, тем меньше расход рабочего тела и, следовательно, стартовая масса корабля, что становится особенно важным при осуществлении экспедиций к дальним планетам.
Так, химические ракетные двигатели, в частности современные жидкостные, имеют удельный импульс около 450 секунд. И это практически их предел, обусловленный законами физики. Зато их тяга составляет сотни тонн, поэтому никакая другая техника не в состоянии более надежно и экономично поднять груз с Земли и вывести его на околоземную орбиту.
Но для полетов к звездам и другим галактикам, для осуществления пилотируемой экспедиции на Марс ЖРД, конечно, не оптимальны. Для этих задач нужны значительно бо́льшие значения удельного импульса — тысячи секунд.
И здесь безусловными лидерами являются электрические ракетные двигатели, у которых уже сейчас достигнут импульс порядка 1500–4000 секунд. Результаты разработок ЭРД в мире, в том числе наших коллег из Центра Келдыша, убедительно доказывают, что удельный импульс порядка 7000–10 000 секунд реально достижим, и это именно тот импульс, который нужен для покорения дальнего космоса.
Однако специфика ЭРД — относительно малая тяга, величина которой непосредственно зависит от располагаемой на борту космического аппарата электрической мощности. Увеличение тяги ЭРД потребует соответственного увеличения мощности бортовых источников энергии. Его можно достичь с помощью либо солнечных, либо ядерных энергетических установок. Но если говорить о полетах в другие галактики, надо помнить, что Солнца там уже нет. Поэтому ядерная энергетика становится безальтернативной.
Промежуточное место по тяге и импульсу занимают ядерные ракетные двигатели. Их импульс примерно вдвое превышает импульс химических двигателей, и в промежуточном значении находится тяга.
В книге «Пилотируемый полет на Марс», выпущенной Академией космонавтики, сравниваются различные варианты осуществления пилотируемой марсианской экспедиции: с помощью ядерных и электрических ракетных двигателей. Оба варианта имеют право на существование, но сегодня общепризнанно, что наиболее перспективны все-таки электрические ракетные двигатели, при условии наличия большой электроэнергии для их питания.
Если мощность источника энергии для питания электрических ракетных двигателей составит 15 МВт, то длительность полета туда и обратно с пребыванием космонавтов на планете Марс порядка 30 дней составит 734 суток, то есть почти два года. При этом стартовая масса корабля будет всего 300 тонн. Это очень хороший показатель. Если мощность будет 50 МВт, то лететь придется чуть меньше года, 328 дней, зато стартовая масса корабля увеличится до 700 тонн. Стоило бы найти оптимальное соотношение стартовой массы, мощности и длительности полета. Но в любом случае, как я уже говорила, для осуществления дальних полетов ядерная энергетика необходима.
ЯДЕРНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Ядерный ракетный двигатель — ракетный двигатель, принцип действия которого основан на ядерной реакции или радиоактивном распаде, при этом выделяется энергия, нагревающая рабочее тело, которым могут служить продукты реакций либо какое-то другое вещество, например водород. Существует несколько разновидностей ракетных двигателей, использующих вышеописанный принцип действия: ядерный, радиоизотопный, термоядерный. Используя ядерные ракетные двигатели, можно получить значения удельного импульса значительно выше тех, которые могут дать химические ракетные двигатели. Высокое значение удельного импульса объясняется большой скоростью истечения рабочего тела — порядка 8—50 км/с. Сила тяги ядерного двигателя сравнима с показателями химических двигателей, что позволит в будущем заменить все химические двигатели на ядерные.
Основным препятствием на пути полной замены является радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое наносят ядерные ракетные двигатели.
Их разделяют на два типа — твердо-и газофазные. В первом типе двигателей делящееся вещество размещается в сборках-стержнях с развитой поверхностью. Это позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело, обычно в качестве рабочего тела выступает водород. Скорость истечения ограничена максимальной температурой рабочего тела, которая, в свою очередь, напрямую зависит от максимально допустимой температуры элементов конструкции, а она не превышает 3000 К. В газофазных ядерных ракетных двигателях делящееся вещество находится в газообразном состоянии. Его удержание в рабочей зоне осуществляется посредством воздействия электромагнитного поля. Для этого типа ядерных ракетных двигателей элементы конструкции не являются сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 км/с. Могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, невзирая на утечку делящегося вещества.
В 70-х гг. XX в. в США и Советском Союзе активно испытывались ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе. В США разрабатывалась программа по созданию опытного ядерного ракетного двигателя в рамках программы NERVA.
Американцами был разработан графитовый реактор, охлаждаемый жидким водородом, который нагревался, испарялся и выбрасывался через ракетное сопло. Выбор графита был обусловлен его температурной стойкостью. По этому проекту удельный импульс полученного двигателя должен был вдвое превышать соответствующий показатель, характерный для химических двигателей, при тяге в 1100 кН. Реактор Nerva должен был работать в составе третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», но в связи с закрытием лунной программы и отсутствием других задач для ракетных двигателей этого класса реактор так и не был опробован на практике.
В настоящее время в стадии теоретической разработки находится газофазный ядерный ракетный двигатель. В газофазном ядерном двигателе подразумевается использовать плутоний, медленно движущаяся газовая струя которого окружена более быстрым потоком охлаждающего водорода. На орбитальных космических станциях МИР и МКС проводились эксперименты, которые могут дать толчок к дальнейшему развитию газофазных двигателей.
На сегодняшний день можно сказать, что Россия немного «заморозила» свои исследования в области ядерных двигательных установок. Работа российских ученых больше ориентирована на разработку и совершенствование базовых узлов и агрегатов ядерных энергодвигательных установок, а также их унификацию. Приоритетным направлением дальнейших исследований в этой области является создание ядерных энергодвигательных установок, способных работать в двух режимах. Первым является режим ядерного ракетного двигателя, а вторым — режим установки генерирующей электроэнергии для питания аппаратуры, установленной на борту космического аппарата.
Ракета с ядерным двигателем: миф или реальность
Проблема досягаемости территории США для СССР, окруженного со всех сторон американскими базами, возникла сразу после окончания Второй мировой войны. Американские и английские стратегические бомбардировщики с ядерным оружием размещались вокруг не для мифической защиты от международных террористов, а конкретно для нападения на Советский Союз. Достичь же территории США с советских аэродромов классические советские бомбардировщики не могли: для этого требовалась дальность не менее 16 000 км. Для поражения же удаленных целей на территории США и свободного выбора трассы полета для обхода районов ПВО требовалась дальность в 25 000 км. Обеспечить ее на сверхзвуковом режиме могли только самолеты с ядерными силовыми установками.
Турбореактивный. Атомный
Сегодня подобные проекты кажутся невероятными, а в начале 1950-х задача была не сложнее, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Самолеты было поручено конструировать КБ Туполева и Мясищева, а «специальные двигатели» – КБ Архипа Люльки.
Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина горячими газами, то в ТРДА воздух нагревается, проходя через реактор. Активная зона авиационного атомного реактора на тепловых нейтронах набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные шестигранные каналы для прохода нагреваемого воздуха. Расчетная тяга разрабатываемого двигателя должна была составить 22,5 т. Рассматривалось два варианта компоновки ТРДА – «коромысло», при котором вал компрессора располагался вне реактора, и «соосный», где вал проходил по оси реактора. В первом случае вал работал в щадящем режиме, во втором требовались специальные высокопрочные материалы. Но соосный вариант обеспечивал меньшие размеры двигателя. Поэтому одновременно прорабатывались варианты с обеими двигательными установками.
Главным недостатком таких двигателей так называемой открытой схемы, когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, было сильное радиационное заражение отработанного воздуха, что, например, исключало возможность применения обычной кабины экипажа. Он должен был располагаться в герметичной многослойной 60-тонной (!) свинцовой капсуле и управлять машиной посредством телевизионных и радиолокационных экранов. Расчетная масса такого самолета должна была превысить 250 т. Появилась логичная идея сделать бомбардировщик в беспилотном варианте – в виде своеобразной гигантской крылатой ракеты. Однако в ВВС не поддержали проект: в 1950-х годах автоматические системы управления не могли обеспечить маневренность для преодоления системы ПВО США.
Космический буксир
За прошедшие 70 лет мало что изменилось: мы даже еще плотнее окружены американскими базами, досягаемость территории США все еще является проблемой, разве что мы научились делать прекрасные системы автономного управления – посадка «Бурана» тому подтверждение. И как в пятидесятые, никакой альтернативы для длительного межконтинентального полета в атмосфере, кроме ядерного двигателя, нет. А тема эта не просто секретная, а суперсекретная. Тем не менее что-то мы знаем, а о чем-то можно догадаться.
Последние открытые данные поступали из незавершенного проекта ядерной энергодвигательной установки для «космического буксира». Занимался космическим реактором Институт имени Келдыша, в котором до недавнего времени довольно охотно делились информацией об этом проекте. Но несколько лет назад все общение с журналистами на эту тему представители института прекратили – прямой признак, что работы, которые раньше велись для «мирного космоса», переросли в немирные. Но кое-что удалось узнать ранее.
Например, что в реакторе для ядерного реактивного двигателя (ЯРД) использовалось уникальное топливо, состоявшее из карбидов – соединений урана, вольфрама и ниобия с углеродом. Это позволило далеко опередить по допустимым температурам классический оксид урана, который плавится примерно при 2500 градусах. Такое топливо неплохо работало в водородной среде, в которую, правда, приходилось добавлять гептан для подавления химических реакций карбидов с водородом. Но в окислительной среде, какой является раскаленный до пары тысяч градусов воздух (а наша ядерная крылатая ракета летит в атмосфере), карбиды работать не смогут: углерод будет окисляться кислородом, а оставшиеся металлы расплавятся и улетят с потоком теплоносителя. Подольское НПО «Луч», производившее эти ТВЭЛы, научилось покрывать топливные стерж-ни металлическим ниобием, что расширило список различных сред, в которых это топливо устойчиво, но при тех температурах, которые нужны в ЯРД, ниобий реагирует с кислородом, образуя оксид, и тоже не может защитить топливо. Может быть, сплав тантала с гафнием мог бы быть достаточно стойким в этих условиях, но гафний сильно поглощает нейтроны, что затрудняет конструирование реактора.
Следовательно, напрямую ЯРД в двигатель для полета в атмосфере не конвертируется. Хотя многие идеи заимствовать можно, и они являются общими для разных малогабаритных и космических реакторов. Например, органы управления реактором в виде поворотных барабанов, врезанных в боковой отражатель нейтронов из бериллия. Примерно такая схема применялась и в советских космических ядерных энергетических установках «Бук» и «Топаз», и в некоторых американских реакторах, тоже предназначенных для использования вне Земли. А топливо, скорее всего, придется применять оксидное, как в большинстве реакторов по всему миру. Во всяком случае, пока завеса секретности не опустилась на «космический буксир», келдышевцы планировали использовать в этой ЯЭДУ именно оксидное топливо.
Быстрые и медленные нейтроны
Но почему-то неспециалисты дружно решили, что основой двигателя крылатой ракеты должен стать реактор на быстрых нейтронах. Объяснение простое: ради компактности устройства в нем нужно применять ядерное топливо высокого обогащения, а тогда замедлитель оказывается не нужен, ведь он увеличивает сечение деления у урана-235, мало влияя на сечение захвата ураном-238. Кроме того, медленные нейтроны имеют ту же температуру, что и замедлитель, а значит, их энергия растет вместе с температурой в реакторе, уменьшая их преимущества. Действительно, «Бук» – самый массовый космический реактор – работал на быстрых нейтронах, а его наследник «Топаз» – на промежуточных. Однако реактор на тепловых нейтронах может быть не менее компактным: замедлитель из гидрида циркония позволяет создать реактор с диаметром активной зоны меньше полуметра, что и было реализовано в советском ЯРД. А для снижения температуры замедлитель должен охлаждаться отдельным потоком теплоносителя, тогда можно реализовать все преимущества медленных нейтронов. Кроме того, в реакторе на тепловых нейтронах можно использовать весьма экзотический изотоп – америций-242м. Несмотря на то что сейчас производство этого изотопа не налажено, организовать его гораздо проще, чем производство полумифического калифорния – в отработанном ядерном топливе америций-241 накапливается сам собой, и его можно выделять достаточно простыми химическими реакциями (и его выделяют, так как он используется, например, в некоторых детекторах дыма). Если из оксида америция-241 спрессовать таблетки и загрузить их в реактор на быстрых нейтронах, тот же БН-800, то можно быстро накопить достаточное количество америция-242м. Буква в конце названия означает, что это ядерный изомер, находящийся в возбужденном состоянии. Дело в том, что у обычного америция-242, чьи ядра находятся в наинизшем энергетическом состоянии, период полураспада всего 16 ч, а у ядра 242м – целых 140 лет. А зачем он нужен? С замедлителем из гидрида циркония он имеет критическую массу меньше 50 г! Соответственно, реактор на нем будет иметь диаметр (без отражателя) порядка 10 см. Такой реактор, правда, с водяным замедлителем, предлагалось использовать в медицине, для нейтронно-захватной терапии. А вот чего точно не будет в реакторе для крылатой ракеты, так это торцевых отражателей нейтронов. Для них просто не остается места: с одной стороны должен быть воздухозаборник, с другой – сопло.
Реконструкция
Несмотря на секретность, примерный внешний облик двигателя представить можно. Впрочем, он не изменился с 60-х годов прошлого века, когда случилась первая волна разработки ядерных самолетов – все схемы были ясны уже тогда. Они разделяются на два принципиально различных класса – с прямым нагревом воздуха в реакторе и с косвенным, когда между воздухом и реактором есть промежуточный теплоноситель и теплообменник. Вторая схема гораздо чище, так как продукты деления не попадают в воздух, но для одноразовых беспилотных аппаратов годится и первая.
