در حال حاضر در مراحل اولیه توسعه صنعت موشک و فضا ، اولین پیشنهادات برای استفاده از فناوری های مختلف هسته ای ظاهر شد. فن آوری ها و واحدهای مختلفی پیشنهاد و اجرا شد ، اما تنها برخی از آنها به عملکرد واقعی رسیدند. در آینده ، معرفی راه حل های اساساً جدید انتظار می رود.
اولین در فضا
در سال 1954 ، اولین مولد ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG یا RTG) در ایالات متحده ایجاد شد. عنصر اصلی RTG یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که به طور طبیعی با انتشار انرژی حرارتی پوسیده می شود. با استفاده از یک عنصر حرارتی ، انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود که به مصرف کنندگان عرضه می شود.
مزیت اصلی RTG امکان کار طولانی مدت با ویژگی های پایدار و بدون نگهداری است. طول عمر با نیمه عمر ایزوتوپ انتخاب شده تعیین می شود. در عین حال ، چنین ژنراتوری با راندمان و قدرت خروجی پایین مشخص می شود و همچنین نیاز به حفاظت بیولوژیکی و اقدامات ایمنی مناسب دارد. با این حال ، RTG ها در تعدادی از مناطق با شرایط خاص کاربرد دارند.
در سال 1961 در ایالات متحده RTG از نوع SNAP 3B با 96 گرم پلوتونیوم 238 در یک کپسول ایجاد شد. در همان سال ، ماهواره Transit 4A مجهز به چنین ژنراتور به مدار رفت. این اولین فضاپیمایی بود که در مدار زمین از انرژی شکافت هسته ای استفاده کرد. در سال 1965 ، اتحاد جماهیر شوروی ماهواره Kosmos-84 را پرتاب کرد ، اولین دستگاه RTG Orion-1 با استفاده از polonium-210.
متعاقباً ، دو ابرقدرت به طور فعال از RTG برای ایجاد فناوری فضایی برای اهداف مختلف استفاده کردند. به عنوان مثال ، تعدادی از مریخ نوردهای مریخ در دهه های اخیر توسط پوسیدگی عناصر رادیواکتیو تغذیه شده اند. به طور مشابه ، منبع تغذیه ماموریت های دور از خورشید نیز تأمین می شود.
برای بیش از نیم قرن ، RTG ها قابلیت های خود را در تعدادی از زمینه ها ، از جمله ثابت کرده اند. در صنعت فضایی ، اگرچه آنها یک ابزار تخصصی برای کارهای خاص باقی ماندند. با این حال ، در چنین نقشی ، مولدهای رادیوایزوتوپ به توسعه صنعت ، تحقیقات و غیره کمک می کنند.
موشک هسته ای
بلافاصله پس از شروع برنامه های فضایی ، کشورهای پیشرو شروع به بررسی موضوع ایجاد موتور موشک هسته ای کردند. معماری های متفاوتی با اصول عملکرد متفاوت و مزایای متفاوت پیشنهاد شده است. به عنوان مثال ، در پروژه آمریکایی Orion ، یک فضاپیما پیشنهاد شد که از موج ضربه ای کلاهک های هسته ای کم توان برای شتاب گیری استفاده می کند. همچنین ، طرح هایی با ظاهری آشنا تر در حال انجام بود.
در دهه های پنجاه و شصت ، ناسا و سازمانهای مرتبط موتور NERVA (موتور هسته ای برای کاربرد وسایل نقلیه موشکی) را توسعه دادند. جزء اصلی آن راکتور هسته ای چرخه باز بود. مایع کار کننده به شکل هیدروژن مایع باید از راکتور گرم شده و از طریق نازل خارج شود و نیروی محرک ایجاد کند. یک موتور هسته ای از این نوع از نظر طراحی از سیستم های سوخت شیمیایی سنتی برتر بود ، اگرچه در عمل خطرناک تر بود.
پروژه NERVA برای آزمایش اجزای مختلف و کل مونتاژ مورد آزمایش قرار گرفت. در طول آزمایشات ، موتور 28 بار روشن شد و تقریباً 2 ساعت کار کرد. مسائل قابل توجهی وجود نداشت با این حال ، این پروژه توسعه بیشتری دریافت نکرد. در اوایل دهه شصت و هفتاد ، برنامه فضایی آمریکا به طور جدی محدود شد و موتور NERVA رها شد.
در همان دوره ، کار مشابهی در اتحاد جماهیر شوروی انجام شد. یک پروژه امیدوار کننده استفاده از موتور با راکتور را پیشنهاد می کند که سیال کار را به شکل هیدروژن مایع گرم می کند. در اوایل دهه شصت ، یک راکتور برای چنین موتوری ایجاد شد ، و بعداً کار روی بقیه واحدها آغاز شد. برای مدت طولانی ، آزمایش و توسعه دستگاه های مختلف ادامه داشت.
در دهه هفتاد ، موتور RD-0410 به پایان رسید یک سری آزمایش های شلیک را انجام داد و ویژگی های اصلی را تأیید کرد. با این حال ، این پروژه به دلیل پیچیدگی و خطرات بالا توسعه بیشتری دریافت نکرد. صنایع موشکی و فضایی داخلی همچنان از موتورهای "شیمیایی" استفاده می کردند.
یدک کش فضایی
در جریان تحقیقات و طراحی بیشتر در ایالات متحده و در کشور ما ، آنها به این نتیجه رسیدند که استفاده از موتورهای NERVA یا RD-0410 غیرمنصفانه است. در سال 2003 ، ناسا آزمایش معماری کاملاً جدیدی را برای سفینه فضایی با نیروگاه هسته ای آغاز کرد. این پروژه پرومته نام گرفت.
در مفهوم جدید ، ساخت یک فضاپیما با راکتور تمام عیار ، تأمین کننده برق و همچنین موتور جت یونی پیشنهاد شد. چنین دستگاهی می تواند در ماموریت های تحقیقاتی از راه دور کاربرد پیدا کند. با این حال ، توسعه "پرومتئوس" بسیار گران بود و نتایج آن فقط در آینده ای دور انتظار می رفت. در سال 2005 ، این پروژه به دلیل عدم چشم انداز بسته شد.
در سال 2009 ، توسعه یک محصول مشابه در روسیه آغاز شد. "ماژول حمل و نقل و نیرو" (TEM) یا "یدک کش فضایی" برای دریافت نیروگاه هسته ای کلاس مگاواتی همراه با موتور یونی ID-500 است. پیشنهاد می شود این فضاپیما در مدار زمین مونتاژ شود و برای حمل بارهای مختلف ، شتاب سایر فضاپیماها و غیره استفاده شود.
پروژه TEM بسیار پیچیده است که بر هزینه و زمان آن تأثیر می گذارد. علاوه بر این ، مشکلات سازمانی متعددی وجود داشت. با این وجود ، تا اواسط دهم ، اجزای جداگانه TEM برای آزمایش خارج شدند. کار ادامه دارد و در آینده ممکن است به ظهور یک "کشش فضایی" واقعی منجر شود. ساخت چنین دستگاهی برای نیمه دوم دهه 20 برنامه ریزی شده است. راه اندازی - در سال 2030
در غیاب مشکلات جدی و تحقق به موقع همه برنامه ها ، TEM می تواند اولین محصول کلاس خود در جهان باشد که به خدمات ارائه شده است. در عین حال ، یک محدوده زمانی مشخص وجود دارد ، در حالی که امکان ظاهر شدن به موقع رقبا را حذف می کند.
چشم اندازها و محدودیت ها
فناوری های هسته ای برای صنایع موشکی و فضایی بسیار مورد توجه است. اول از همه ، نیروگاه های کلاس های مختلف می توانند مفید باشند. RTG ها قبلاً کاربرد پیدا کرده اند و در برخی مناطق محکم شده اند. راکتورهای هسته ای کامل به دلیل ابعاد و جرم زیاد هنوز مورد استفاده قرار نمی گیرند ، اما در حال حاضر تحولاتی در کشتی هایی با چنین تجهیزاتی در حال انجام است.
چندین دهه است که قدرتهای فضایی و هسته ای پیشرو تعدادی از ایده های اصلی را آزمایش کرده و در عمل آزمایش کرده اند ، قابلیت حیات آنها را تعیین کرده و زمینه های اصلی کاربرد را یافته اند. چنین فرایندهایی تا به امروز ادامه دارد و احتمالاً به زودی نتایج جدیدی از ماهیت عملی به همراه خواهد داشت.
لازم به ذکر است که فناوری های هسته ای در بخش فضایی گسترده نشده است و بعید است این وضعیت تغییر کند. در عین حال ، آنها در زمینه ها و پروژه های خاص مفید و امیدوار کننده هستند. و در این طاقچه ها است که پتانسیل موجود از قبل در حال تحقق است.
