Для установки нажмите кнопочку Установить расширение. И это всё.
Исходный код расширения WIKI 2 регулярно проверяется специалистами Mozilla Foundation, Google и Apple. Вы также можете это сделать в любой момент.
Как перевоплотить Википедию
Хотите, чтобы Википедия всегда выглядела так профессионально и современно? Мы создали расширение для браузера. Оно совершенствует любую страницу энциклопедии, которую вы посетите, с помощью магических технологий WIKI 2.
Попробуйте — вы его можете удалить в любой момент.
Установить за 5 сек.
Да-да, но позже
4,5
Келли Слэйтон
Мои поздравления с отличным проектом... что за великолепная идея!
Александр Григорьевский
Я использую WIKI 2 каждый день и почти забыл как выглядит оригинальная Википедия.
NERVA продемонстрировал, что ЯРД вполне работоспособен и подходит для исследования космоса, и в конце 1968 года SNPO подтвердил, что новейшая модификация NERVA, NRX/XE, отвечает требованиям для пилотируемого полета на Марс. Хотя двигатели NERVA были построены, испытаны в максимально возможной степени и считались готовыми к установке на космический аппарат, бо́льшая часть американской космической программы была отменена администрацией президента Никсона.
NERVA была оценена AEC, SNPO и НАСА как высокоуспешная программа, достигшая или даже превысившая свои цели. Главная цель программы заключалась в «создании технической базы для систем ядерных ракетных двигателей, которые будут использоваться в разработке и развитии двигательных установок для космических миссий».[1]
Энциклопедичный YouTube
1/3
Просмотров:
8 843
358 841
129 064
Ядерный двигатель США 1968 (Nuclear Propulsion in Space 1968)
ЯДЕРНЫЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ | ОПАСНЫ ЛИ? | СТРОЕНИЕ И ПРИНЦИП
Сенсация: Россия начала создание "Нуклона". Впервые - ядерное сердце ядерного буксира!
Субтитры
НАСА и Комиссия по ядерной энергетике США.
Научное приключение - первое небесное тело, которое будет исследовано человеком.
Высадка человека на Луну будет огромным достижением.
Но только началом новой эры в освоении космоса.
Никто не может предсказать миссии будущих лет и десятилетий.
Но наиболее захватывающие варианты потребуют разгона и торможения очень тяжелых полезных нагрузок.
Например, запуск тяжелых космических кораблей на орбиту Земли.
Перевозка больших объемов грузов на поверхность Луны.
И посадка тяжелых кораблей на другие планеты.
Сегодняшние миссии используют химические ракеты.
Но химическое топливо весит слишком много и цена доставки килограмма на орбиту слишком велика.
Ядерные ракеты, после доработки, смогут обеспечить те же запасы характеристической скорости с меньшим весом.
Они расширят наши возможности исследования космоса.
Об этом наш рассказ.
НАСА и Комиссия по ядерной энергии представляют:
Ядерные космические двигатели
Это - Сатурн V. Самая мощная ракета США.
Трехступенчатая ракета, которая доставит корабль "Аполлон" к Луне.
Полный вес Сатурна V - 3000 тонн.
Все три ступени используют химические двигатели для создания тяги.
Первая и вторая ступени обеспечивают бОльшую часть энергии для выведения третьей ступени и полезной нагрузки (примерно 120 тонн) на околоземную орбиту.
Сейчас только химические ракеты могут обеспечить огромную тягу для этой задачи.
Третья ступень разгоняет полезную нагрузку к цели.
Вес полезной нагрузки определяется эффективностью преобразования топлива в тягу.
Заменив химическую третью ступень на ядерную, можно увеличить скорость той же полезной нагрузки, сократив время миссии в два раза.
Это будет особенно эффективно для зондов к Юпитеру и далее.
Или, если сокращение времени полета не так важно, можно разменять топливо на увеличенную полезную нагрузку.
Это важно для снабжения Луны, работ на околоземной орбите и некоторых беспилотных миссий к планетам.
Почему ядерная ракета настолько лучше химической?
В ракетной физике скорость истечения рабочего тела определяет эффективность двигателя.
При той же температуре, чем легче выхлопной газ, тем выше его скорость.
И, чем выше скорость истечения, тем больше тяги производит каждый килограмм горючего.
Ядерная ракета нагревает водород - самый легкий элемент, и выбрасывает его с огромной скоростью.
Химические ракеты сжигают топливо, производя выхлопные газы с тяжелыми элементами.
Поэтому при той же температуре выхлопа скорость истечения газов у ядерных ракет гораздо выше и каждый килограмм дает больше тяги.
Эффективность ракеты определяется удельным импульсом, который измеряется в секундах.
Удельный импульс - это количество секунд, которое один килограмм топлива будет генерировать один килограмм тяги.
Чем выше удельный импульс, тем выше экономия горючего.
Лучшие химические двигатели достигают удельного импульса в 450 секунд.
И не приходится ожидать серьезных улучшений.
С другой стороны, тесты ядерных двигателей достигли 800 секунд и лабораторные тесты обещают ещё больше.
Может быть, 900 секунд.
Это значит, что ядерная ракета с легким высокоскоростным выхлопом будет использовать топливо в два раза эффективнее химической ракеты.
Это - принципиальное преимущество ядерного двигателя.
Первые шаги были сделаны в Лос-Аламосской лаборатории в горах Нью-Мексико.
Здесь, в середине 1950-х, ученые определяли возможность использования ядерной энергии для ракет.
Теоретические исследования и первые эксперименты обнаружили множество проблем, которые надо было решить.
Проблемы в конструкции реактора, материалах, радиации, управлении.
Тем не менее, ядерная ракета оказалась возможной.
Была запланирована серия экспериментальных реакторов, которые должны были превратить теорию в рабочее оборудование.
Анализ определил оптимальную конструкцию реактора.
Были построены прототипы.
Была начата широкая программа испытаний.
Реакторы KIWI использовались для подтверждения идеи.
Они строились только для наземных испытаний.
Все испытания KIWI проходили на испытательном полигоне в Неваде.
Здесь, в пустыне, ученые и инженеры проверяли характеристики реактора.
Каждый экспериментальный реактор KIWI поставлялся разобранным, собирался и проверялся в специальном монтажно-испытательном корпусе (МИКе).
На испытания реактор вывозился соплом вверх и отвозился на стенд в двух километрах от МИКа.
Тележка с реактором управлялась дистанционно.
Жидкий водород подавался в реактор от расположенных недалеко цистерн.
Первые тесты начались в 1959.
И достигли мощности в 100 МВт, 10% от плановой мощности KIWI - 1000 МВт.
Последующие тесты, начатые в 1962 году, проводились на полной мощности в 1000 МВт.
Съемки этих тестов показывают факел над тестовым стендом - это сжигается водород во избежание опасности взрыва.
После завершения испытаний ставший радиоактивным реактор транспортировался в МИК на тележке с удаленным управлением для осмотра и разборки.
Здесь люди за защитными стенами используют дистанционно управляемые манипуляторы для того, чтобы разобрать реактор на компоненты и изучить их.
Каждый тест добавляет информацию для оценки характеристик реактора и позволяет внести изменения и улучшения перед новым тестом.
Но не все тесты проходят успешно.
Например, в этом тесте вспышки означают внутренние разрушения от недопустимой вибрации.
Требуются обширные работы по изменению конструкции и новые испытания.
А в этом тесте утечка водорода привела к пожару на тестовом стенде.
Потребовались новые доработки.
Каждый тест приводил ученых чуть ближе к желаемым характеристикам реактора.
Наконец, в сентябре 1964 года восьмой реактор KIWI работал на полной тяге 8 минут.
Спустя несколько недель он был запущен на полную тягу на 2,5 минуты и показал удельный импульс примерно 750 секунд.
Так закончился период испытаний KIWI.
Он показал, что можно построить ядерный двигатель для космического корабля.
Следующим шагом стала разработка полноценного двигателя.
Этот проект получил название NERVA
Он должен стать совместным проектом промышленности и государства.
Для руководства проектом NASA и Комиссией по атомной энергии США был создан Отдел по ядерным двигателям.
Главными подрядчиками должны стать компании Aerojet General и Westinghouse Nuclear Laboratory.
Технологический реактор NERVA,получивший название NERVA NRX, был по сути тем же KIWI, но подрядчики должны были увеличить срок работы реактора и перекомпоновать его в полноценный двигатель.
Ядерный двигатель работает следующим образом:
Ядерный реактор - это твердотельный теплообменник цилиндрической формы.
Расщепление атомов урана в активной зоне служит источником тепла.
Бериллиевые отражатели окружают активную зону.
Активная зона состоит из множества графитовых тепловыделяющих элементов с ураном-235 в качестве топлива.
Активная зона содержит продольные каналы.
Водород, проходя через каналы, нагревается.
Каналы покрыты карбидом ниобия - материалом, предотвращающим реакцию горячего водорода и графита.
Водород хранится в жидком состоянии для минимизации объема.
Летная модель будет использовать примерно миллион литров на полчаса работы.
Для запуска двигателя холодный жидкий водород при -251° C проходит через турбонасос к соплу.
Через внутренние каналы в стенках сопла, оболочку реактора и рефлектор.
Это охлаждает сопло, оболочку реактора и рефлектор, одновременно подогревая водород.
Водород затем проходит мимо горячих ТВЭЛов в активной зоне, нагреваясь примерно до 2200° С.
Затем он выбрасывается в сопло, создавая тягу.
Линия подачи отбирает часть водорода на привод турбонасоса.
Двигатель удивительно компактный для ядерного источника энергии.
Реактор работает на распаде урана-235, который постоянно испускает нейтроны.
Отражаясь от рефлектора, нейтроны запускают цепную ядерную реакцию, вырабатывая очень много тепла.
Генерация тепла управляется поворачивающимися стержнями управления в стенке реактора.
Стержни сделаны из бериллия (отражает нейтроны) и бора (поглощает нейтроны).
Сначала стержни повернуты стороной из бора и нейтроны поглощаются для предотвращения начала цепной реакции.
При повороте стержней бериллиевой стороной достигается точка начала цепной реакции.
Количество тепла определяется положением управляющих стержней.
Чем больше бериллиевая сторона повернута к активной зоне, тем выше тепловыделение.
После выхода на рабочий режим стержни поворачиваются для стабилизации цепной реакции.
Тепловыделение уменьшается при повороте стороной из бора.
Когда сторона из бора поглощает достаточно нейтронов, цепная реакция останавливается и тепло перестает вырабатываться.
Стержни управляются дистанционно.
Тестовые стенды для компонентов двигателя были построены около Сакраменто, Калифорния.
Задача: получить требуемые характеристики при минимуме веса.
Турбонасос должен подавать под давлением большие объемы жидкого водорода при -251° С.
А сопло выбрасывает водород при температуре 2200° С.
Реактор был создан с учетом потребностей наземной транспортировки, запуска и космического полета.
В тестах конца 1965 года он работал на разных режимах в течение часа, включая 16 минут полной тяги.
Но в этих тестах, как и во всех тестах до этого, водород подавался насосами стенда, а не штатного турбонасоса.
В начале 1966 года новый технологический реактор и основные компоненты двигателя были собраны для испытаний.
Установка получила название "разделочная доска", потому что компоненты были размещены не в том порядке, как на летном двигателе.
Это будет первый полноценный тест самостоятельного пуска двигателя и большая веха в разработке ядерных двигателей.
Этот тест начался отлично и двигатель был выведен на полную тягу, доказывая, что ядерный двигатель может запуститься самостоятельно.
В течение двух месяцев двигатель запускался и останавливался 10 раз.
И работал на различных режимах 110 минут, из них 29 минут на полной тяге.
Технология достигла того уровня, когда можно было начать улучшать характеристики.
Уже шла работа по увеличению мощности и времени работы реактора.
В феврале 1967 года этот реактор, PHOEBUS-1B, работал с тягой 34 тонны.
А в декабре 1967 года этот реактор, NRX-A6, работал с полной тягой один час.
Также, в 1967 году был собран новый тестовый стенд.
Он позволял производить испытания двигателей соплом вниз в вакуумную камеру, как минимум частично симулируя космические условия.
В начале 1969 года первый двигатель был установлен в новый стенд.
Успех испытаний был вехой на пути к штатному двигателю.
На этом двигателе стояла тяжелая радиационная защита.
На штатном двигателе компоненты будут разработаны устойчивыми к радиации и потребуется меньше защиты.
Этот тест закончит разработку технологии ядерного ракетного двигателя для будущих космических миссий 1970-х и далее.
Его тяга составит примерно 34 тонны. Для миссий, требующих большую тягу, можно будет установить два двигателя на ступень или собрать пакет из нескольких ступеней.
Эта гибкость даст нам возможность осуществлять множество продвинутых миссий.
Меньший вес, бОльшие полезные нагрузки, меньшее время перелета - вот главные преимущества ядерных двигателей.
Технология создания ядерных двигателей далеко продвинулась. Она будет доступна, когда наша страна выберет новую великую цель в космосе.
Лос-Аламосская лаборатория начала исследования ядерных ракетных двигателей в 1952 году, ускорив их в проекте Rover в 1955, когда заместитель директора Ливерморской национальной лаборатории нашёл путь значительного сокращения веса реактора. К 1961 году, после неожиданно быстрого прогресса Rover, НАСА включило ядерные двигатели в свои планы. Маршалл планировал использовать ракету с ядерной ступенью RIFT (Reactor-In-Flight-Test) для запуска в начале 1964 года, и необходимость планирования и контроля привела к образованию Space Nuclear Propulsion Office (https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Nuclear_Propulsion_Office). SNPO был сформирован таким образом, что Комиссия по атомной энергии и НАСА Должны были работать совместно, и Гарри Фингер был назначен его первым директором. Фингер принял решение отложить работы по RIFT и определил чёткие цели для ЯРД, которые должны были быть достигнуты.
Фингер выбрал фирмы Аэроджет и Вестингауз для разработки двигателя NERVA. SNPO зависел от Лос-Аламосской лаборатории, поставлявшей технологии для NERVA как часть проекта Rover. SNPO выбрал дающую 75.000 фунтов тяги конструкцию ЯРД KIWI-B4, как основу для 52-дюймовой (22 фута от конца сопла) NERVA NRX (Nuclear Rocket Experimental — «ядерная ракета экспериментальная»). Вторая фаза проекта Rover стала называться Phoebus, а третья стала известна как Pewee, продемонстрировав более высокую мощность (4000 МВт), плотность распределения мощности и более долгоживущие топлива, но эти программы не относились к NERVA. Рабочая конструкция NERVA (названная NERVA NRX) была основана на KIWI; к тому времени программа Pewee, начавшая испытываться в программе «Аполлон», была в значительной степени сокращена администрацией Никсона. Планы по отправке людей на Луну и Марс были отложены на неопределённый срок.
Почти все исследования NERVA, его проектирование и изготовление проводилось в Лос-Аламосской лаборатории. Тестирование проводилось на большой установке, специально построенной SNPO на ядерном полигоне в Неваде. Хотя в Лос-Аламосе испытали несколько двигателей KIWI и Phoebus в течение 1960-х, тестировать NERVA NRX/EST (Engine System Test) не начинали до февраля 1966 года.
Целью испытаний было:
Продемонстрировать возможность запуска и перезапуска двигателя без внешнего источника питания;
Оценить характеристики системы управления (устойчивость и управляемость режима) во время запуска, остановки, время восстановления и перезагрузки для различных начальных условий;
Исследовать стабильность работы системы в широком диапазоне;
Исследовать возможности компонентов двигателя, особенно реактора, во время переходного и установившегося состояния работы с несколькими перезапусками.
Все тестовые задачи были успешно выполнены, и первый NERVA NRX эксплуатировался в течение почти 2 часов, в том числе 28 минут на полную мощность. Он превысил время работы предыдущего реактора KIWI почти в два раза[1].
Второй двигатель NERVA, NERVA XE, был разработан так, чтобы прийти как можно ближе к полной системе полета, вплоть до использования турбонасоса. Компоненты, которые не влияют на производительность системы, было решено выбирать из того, что было доступно на полигоне, чтобы сохранить деньги и время, а также была добавлена радиационная защита для внешних компонентов. Двигатель был переориентирован для работы в отсеке пониженного давления, частично имитирующем работу в вакууме.
Целью испытаний NERVA NRX/EST было:
Продемонстрировать оперативные возможности двигателя;
Показать, что технологические сложности больше не являются барьером для полёта ракеты с ЯРД;
Продемонстрировать полностью автоматический запуск двигателя.
Цели также включали испытания нового устройства на полигоне для его квалификации и принятия. Общее время работы двигателя составило 115 минут, произведено 28 пусков. НАСА и SNPO заявили, что испытания «подтвердили, что ядерный двигатель подходит для применения космической техники и в состоянии работать с удельным импульсом в два раза большим, чем у химической системы»[1]. Двигатель считался пригодным для полёта на Марс, планировавшегося НАСА.
Программа Rover/NERVA составила 17 часов работы двигателей, включая 6 часов при температуре выше 2000 К. Хотя двигатель, турбины и бак для жидкого водорода никогда не собирались в одно устройство, NERVA считался НАСА готовой к использованию на транспорте конструкцией. В Конгрессе произошёл небольшой политический кризис, так как программа исследования Марса создавала опасность для национального бюджета. Клинтон П. Андерсон, сенатор от штата Нью-Мексико, активно защищавший программу, тяжело заболел. Линдон Б. Джонсон, ещё один мощный сторонник освоения человеком космического пространства, решил не баллотироваться на второй срок и был значительно политически ослаблен. Финансирование программы было несколько сокращено в 1969 году, а новая администрация Никсона сократила его ещё больше в 1970-м, прекратив производство ракет «Сатурн» и отменив полёты по программе «Аполлон» после «Аполлона-17». Без ракеты Saturn S-N, которая должна была выносить NERVA на орбиту, проект стал трудноосуществимым. В Лос-Аламосе продолжали программу Rover ещё несколько лет с двигателями Pewee и Nuclear Furnace вплоть до 1972 года.
Наиболее серьёзным инцидентом во время испытаний был взрыв водорода, при котором два сотрудника получили травмы ног и барабанных перепонок. В 1959 году жидкий водород случайно вышел из двигателя, реактор перегрелся и его осколки разлетелись по пустыне Невада. Персонал после трёхнедельного ожидания собрал их без происшествий.
NERVA в космической программе
Планы НАСА, включающие NERVA, состояли в визите на Марс к 1978-му и постоянную лунную базу к 1981 году. Ракеты с NERVA предполагалось использовать как «буксиры» для снабжения нескольких космических станций на орбитах вокруг Земли и Луны и постоянной лунной базы. Ракета NERVA была бы также атомной верхней ступенью для ракеты «Сатурн SN», что позволило бы ей иметь гораздо большую грузоподъемность, до 154 тонн на низкой околоземной орбите.
Большие ракеты NERVA I постепенно сменились в планах на меньшие NERVA II, так как эффективность увеличилась и отношение тяги к весу выросло, и KIWI постепенно сменились на Pewee и Pewee 2 по мере сокращения финансирования.
Система RIFT состояла из S-IC на первой ступени, S-II на второй и S-N (Saturn-Nuclear) на третьей ступени. Space Nuclear Propulsion Office планировал построить десять систем RIFT, шесть для наземных тестов и четыре для полётных, но это было отложено после 1966 года. Ядерный носитель Saturn C-5 мог бы выносить в космос в два или три раза больше полезной нагрузки, чем его химическая версия, был бы достаточен для подъёма космических станций массой 340 000 фунтов и пополнения орбитальных баз топлива. Вернер фон Браун также предлагал пилотируемую миссию к Марсу, использующую NERVA и вращающийся для создания искусственной тяжести аппарат. Многие из планов НАСА по полётам на Марс 1960-х и ранних 1970-х предусматривали ракеты с NERVA.
Марсианские миссии стали причиной упадка NERVA[2]. Члены Конгресса из обеих политических партий решили, что пилотируемый полет на Марс будет молчаливым обязательством для Соединенных Штатов в течение десятилетий поддерживать дорогостоящую космическую гонку. Ежегодно программа RIFT задерживалась и цели NERVA усложнялись. В конце концов, хотя двигатель NERVA прошёл много успешных испытаний и имел мощную поддержку Конгресса, он никогда не покидал Землю.
Характеристики ракетной ступени с двигателем NERVA
Диаметр: 10,55 м
Длина: 43,69 м
Сухая масса: 34019 кг
Полная масса: 178321 кг
Тяга в вакууме: 333,6 кН
Удельный импульс (в вакууме): 850 с (8,09 кН·с/кг)
Удельный импульс (на уровне моря): 380 с (3,73 кН·с/кг)
↑ 123Robbins, W.H. and Finger, H.B. An Historical Perspective of the NERVA Nuclear Rocket Engine Technology Program. NASA Contractor Report 187154/AIAA-91-3451, NASA Lewis Research Center, NASA, July 1991.
↑Dewar, James. «To The End Of The Solar System: The Story Of The Nuclear Rocket», Apogee, 2003. ISBN 978-1-894959-68-1