Ядерная ракета с морской водой - Nuclear salt-water rocket

А ядерная ракета с морской водой (NSWR) - это теоретический тип ядерная тепловая ракета который был разработан Роберт Зубрин.[1] Вместо традиционного химического пропеллент, например, в химическая ракета, ракета будет питаться соли из плутоний или 20 процентов обогащенный уран. Раствор будет содержаться в связке труб, покрытых карбид бора (за его свойства поглощение нейтронов ). Благодаря сочетанию покрытия и пространства между трубками содержимое не достигнет критическая масса пока раствор не перекачивается в реакционная камера, таким образом достигая критической массы и выталкиваясь через сопло для создания тяги.[1]

Предлагаемый дизайн

Православный химические ракеты использовать тепловую энергию, полученную в результате химических реакций в реакционной камере, для нагрева газовых продуктов. Затем продукты выталкиваются через сопло движителя с очень высокой скоростью, создавая тягу.[2] В ядерная тепловая ракета (NTR) тяга создается путем нагрева жидкости с помощью ядерного реактора деления. Чем ниже молекулярный вес чем меньше водорода, тем эффективнее может быть двигатель. Однако в этом двигателе пропеллент может быть любым с подходящими свойствами, так как пропеллент не будет реагировать на него.[3] В NSWR ядерная соленая вода должна течь через реакционную камеру и выходить из выхлопного сопла таким образом и с такими скоростями, что критическая масса начнется, когда камера будет заполнена до определенной точки; однако пик нейтронный поток из деление реакция может произойти за пределами автомобиля.[1]

Достоинства дизайна

Есть несколько преимуществ по сравнению с обычными конструкциями NTR. Как пик нейтронный поток и скорость реакции деления могла бы происходить за пределами транспортного средства, эти действия могли бы быть гораздо более интенсивными, чем они могли бы быть, если бы их необходимо было разместить в емкости (которая имела бы температурные ограничения из-за ограничений материалов).[1] Кроме того, в замкнутом реакторе может происходить деление только небольшого процента своего топлива в любой момент времени, в противном случае оно перегреется и расплавится (или взорвется при выходе из строя). цепная реакция деления ).[4] Реакция деления в NSWR является динамической, и, поскольку продукты реакции выбрасываются в космос, она не имеет ограничения на долю топлива деления, которое вступает в реакцию. Во многих отношениях NSWR сочетают в себе преимущества реакторов деления и бомб деления.[1]

Поскольку они могут использовать мощность того, что по сути является непрерывным ядерным взрывом деления, NSWR будут иметь очень высокую толкать и очень высокий скорость истечения Это означает, что ракета сможет быстро разгоняться, а также будет чрезвычайно эффективной с точки зрения использования топлива. Сочетание высокой тяги и высокого ISP - очень редкая черта в ракетном мире.[5] Одна конструкция будет генерировать 13 меганьютон тяги при скорости истечения 66 км / с (по сравнению со скоростью истечения ~ 4,5 км / с для лучших химических ракет на сегодняшний день).

В конструкции и расчетах, описанных выше, используется 20-процентный обогащенный уран солей, однако, было бы правдоподобно использовать другую конструкцию, которая была бы способна достичь гораздо более высоких скоростей выхлопа (4700 км / с) и использовать 2700 тонн высокообогащенный уран соли в воде, чтобы разогнать 300-тонный космический корабль до 3,6% скорости света.[1]

"NSWR имеют много общих черт Орион двигательные установки, за исключением того, что NSWR будут генерировать непрерывную, а не импульсную тягу, и могут работать в гораздо меньших масштабах, чем самые маленькие из возможных конструкций Orion (которые, как правило, имеют большие размеры из-за требований системы амортизаторов и минимального размера эффективных ядерные взрывчатые вещества )."[6]

Ограничения

Пропеллент, использованный в первоначальной конструкции, будет содержать довольно большое количество относительно дорогого изотопа. 235U, что было бы не очень рентабельно. Однако, если использование NSWR начнёт расти, его можно будет заменить более дешевыми изотопами. 233U или же 239Пу либо в реакторах-размножителях деления, либо (намного лучше) гибрид ядерного синтеза-деления реакторы. Эти делящиеся вещества имели бы подходящие характеристики, чтобы служить почти так же при относительно низкой стоимости.[1][7]

Еще одно серьезное ограничение конструкции ядерной ракеты с соленой водой, разработанной Робертом Зубриным, заключалось в отсутствии материала для использования в реакционной камере, который действительно мог бы поддерживать такую ​​реакцию внутри космического корабля. В своей конструкции Зубрин утверждал, что устройство было создано таким образом, что больше всего имели значение расход или скорость жидкости, а не материал. Поэтому он утверждал, что если для жидкости, движущейся через реакционную камеру, была выбрана правильная скорость, то место максимального выделения деления могло бы быть расположено в конце камеры, что позволило бы системе оставаться неповрежденной и безопасной для работы. Эти утверждения до сих пор не были подтверждены, так как испытания такого устройства никогда не проводились.[8]

Например, Зубрин утверждает, что если разбавленное ядерное топливо течет в камеру со скоростью, аналогичной скорости диффузии тепловые нейтроны, то ядерная реакция заключена в камере и не повреждает остальную систему (это ядерный аналог газовая горелка ). Возможная проблема в этом мышлении может заключаться в том, что нейтроны не все диффундируют с одинаковой (средней) скоростью, а скорее широкое распространение на несколько порядков. Вполне возможно, что хвостов этого распределения скоростей будет достаточно, чтобы произвести достаточно тепла в системе подачи топлива (за счет рассеяния и деления), чтобы разрушить систему.[нужна цитата ] На этот вопрос, пожалуй, можно ответить подробным Монте-Карло моделирование переноса нейтронов.

Выхлоп судна будет содержать радиоактивные изотопы, но в космосе они быстро рассеялись бы после прохождения небольшого расстояния; выхлоп также будет двигаться с большой скоростью (в сценарии Зубрина быстрее, чем Solar скорость убегания, позволяя ему в конечном итоге покинуть Солнечную систему). Однако от этого мало пользы на поверхности планеты, где NSWR выбрасывает огромное количество перегретого пара, все еще содержащего делящиеся ядерные соли. Наземные испытания могут вызвать разумные возражения; как написал один физик, «написание отчета о воздействии на окружающую среду для таких испытаний [...] может представлять интересную проблему ...»[9]. Также нет уверенности в том, что делением в NSWR можно управлять: «Можно ли контролировать быструю критичность в ракетном двигателе, остается открытым вопросом».[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Р. Зубрин (1991). "Ядерные ракеты с соленой водой: высокая тяга на 10 000 сек. ISP" (PDF). Журнал Британского межпланетного общества. 44: 371–376.
  2. ^ Анжелин, Маркус; Рам, Мартин; Габриельсон, Эрик; Гумелиус, Лена (17 августа 2012 г.). «Ученый-ракетчик на день: исследование альтернатив химическому движению». Журнал химического образования. 89: 1301–1304. Bibcode:2012JChEd..89.1301A. Дои:10.1021 / ed200848r.
  3. ^ Бабула, Мэрайя. «Ядерная тепловая ракетная двигательная установка». NASA.gov. Офис космического движения и анализа миссии НАСА. Получено 1 мая, 2016.
  4. ^ Хасэгава, Коичи (март 2012 г.). «Перед лицом ядерных рисков: уроки ядерной катастрофы на Фукусиме». Международный журнал японской социологии. 21 (1): 84–91. Дои:10.1111 / j.1475-6781.2012.01164.x.
  5. ^ Брауниг, Роберт. «Ракетная силовая установка». braeunig.us. Получено 1 мая, 2016.
  6. ^ Д-р Дэвид П. Стерн (19 ноября 2003 г.). «Дальние пути в космос: ядерная энергия». От звездочетов к звездолетам. Получено 14 ноября 2012.
  7. ^ Канг, Юнгмин; фон Хиппель, Франк Н. (2001). "U-232 и сопротивление распространению U-233 в отработавшем топливе". Наука и глобальная безопасность. 9: 1–32. Bibcode:2001S & GS .... 9 .... 1K. Дои:10.1080/08929880108426485.
  8. ^ «Альтернативный вид колонны АВ-56». www.npl.washington.edu. Получено 2017-04-18.
  9. ^ Джон Г. Крамер (Декабрь 1992 г.). "Взломайте свой путь к звездам (альтернативная колонка обзора AV-56)". Аналоговая научная фантастика и факты. Получено 2012-03-07.
  10. ^ Д-р Ральф Л. Макнатт младший (31 мая 1999 г.). «Реалистичный межзвездный исследователь» (PDF). Заключительный отчет фазы I Институт перспективных концепций НАСА. Получено 14 ноября 2012.