Ракету с ядерным двигателем для миссий в дальний космос будет создавать Lockheed Martin — демонстрация в космосе состоится в 2027 году
NASA объявило, что генеральным подрядчиком по проектированию, созданию и испытаниям демонстрационной ракеты X-NTRV выбрана компания Lockheed Martin. Кроме неё в проекте участвует целый ряд компаний, включая BWX Technologies, которая проектирует ядерно-тепловой двигатель и предоставит топливо HALEU. Задачей Lockheed Martin станет собрать всё это в виде демонстрационной ракеты и запустить в космос уже через четыре года.
После испытаний ракеты в космосе аппарат попробуют задействовать в том числе для более быстрой транспортировки астронавтов на Марс. Ракета будет создаваться в сотрудничестве с NASA, в рамках программы DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations), стоимость программы оценивается в $499 млн
Ядерно-тепловой двигатель подразумевает разогрев рабочего тела энергией деления ядер. Чаще всего рассматривается разогрев водорода, который может быть в жидком или газообразном состоянии. Такие двигатели обещают оказаться от двух до пяти раз лучше по тяге, чем современные химические, и они в десятки тысяч раз мощнее, чем электрические двигатели на ионной тяге. Например, с помощью ракеты на ядерном двигателе NASA рассчитывает в два раза сократить доставку астронавтов на Марс, что сохранит им здоровье во время полёта в пустоте с сильнейшей радиацией.
Подписывайтесь, чтобы оставаться в курсе актуальных и горячих новостей о космонавтике и SpaceX!
Источник: https://3dnews.ru/1090618/raketu-s-atomnim-dvigatelem-dlya-p...
Ядерный DARPA DRACO будет запущен в 2025 году
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, наблюдает за работой NASA над ядерными двигательными установками для исследования космоса и считает, что эту технологию можно применить к военным спутникам.
В рамках эксперимента, запланированного Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, на орбиту будет отправлен космический корабль с ядерной двигательной установкой.
Американские спутники, работающие на химическом топливе, имеют ограниченную способность маневрировать, что делает их легкой мишенью для противоспутникового оружия, говорится в докладе « Маневренная война в космосе: стратегический мандат для ядерных двигателей » Института аэрокосмических исследований Митчелла.
Текущие проекты космических сил США (USSF) основаны на архитектуре спутниковых созвездий с ограниченной маневренностью и практически не вооружены средствами противодействия. Эти созвездия становятся все более уязвимыми для атак, поскольку Китай и Россия развертывают новое противоспутниковое оружие (ASAT). Кроме того, потенциальные противники планируют развивать новые, многоуровневые противокосмические архитектуры с использованием экономичных технологий космических ядерных двигателей (SNP). Эти разработки показывают, что возможные оппоненты переходят к стратегии ведения боевых действий, основанной на быстром маневрировании в космосе для проведения наступательных и оборонительных операций.
Системы ядерных реакторов могут годами работать в космосе без необходимости дозаправки, что делает эту технологию желательной для исследования дальнего космоса. Но Соединенные Штаты несколько десятилетий назад отказались от попыток использовать ядерные двигатели для спутников на околоземной орбите из-за опасений, что опасные радиоактивные материалы могут повторно попасть в атмосферу .
Теперь эта концепция пересмотрена.
В прошлом году DARPA объявило, что инвестирует около 30 миллионов долларов в проект под названием «Демонстрационная ракета для гибких окололунных операций» ( DRACO ), космический корабль с ядерной тепловой двигательной установкой. Демонстрационный полет планируется осуществить в 2025 году.
В случае успеха проект может открыть путь к разработке ядерных двигательных установок для военных спутников.
General Atomics выиграла контракт DARPA на 22 миллиона долларов на разработку ядерного реактора для демонстрации DRACO. Стоимость контракта с Lockheed Martin составляет 2,9 миллиона долларов, а с Blue Origin — 2,5 миллиона долларов.
Кристофер Стоун, старший научный сотрудник по космическим исследованиям в Институте Митчелла и автор доклада, сказал, что Космические силы США (USSF) должны рассмотреть возможность использования ядерных двигателей для критически важных космических систем национальной безопасности, таких как GPS или спутники предупреждения о ракетном нападении, чтобы они могли маневрировать, уклоняясь от противоспутникового оружия противника.
Ставим на ракеты Starship, Энергию-М и Зенит другие двигатели, смотрим что получилось и делаем выводы
Мы часто слышим что один ракетный двигатель в чем-то лучше другого, например давлением в камере сгорания. Но насколько серьезно это может влиять на главную характеристику ракеты - носителя, - полезную нагрузку?
Чтобы выяснить это, я рассчитал полезную нагрузку для ракет Зенит и Энергия-М с разными двигателями, вот что получилось
-------------------------------------------
Примечание
Сравниваются двигатели одних и тех же компонентов топлива и с мощностями, которые принципиально позволяют их использовать на соответствующей ракете - носителе. Учитывается изменение массы двигательной установки, принято допущение что остальные массы ракет остаются неизменными.
НОО - Низкая Околоземная Орбита.
Под второй ступенью ракеты Энергия, подразумевается центральный блок.
--------------------------------------------
Из этих диаграмм сразу видны причины отказа от F-1 и J-2 после программы Аполлон, они ужасно неэффективны. С ними полезная нагрузка упала на треть. А то сейчас конспирологи любят вспоминать
А куда американцы дели F-1
Видно что СССР создал двигатели на более суровых режимах работы, что на керосине, что на водороде. Трудно сказать насколько это обоснованно экономически, но факт интересный.
До того как провести этот расчет, я был уверен что американцы десятилетиями специализируются на водородных двигателях, и у них они будут самыми эффективными, но нет.
Получается, во времена лунной программы, пока американцы в равной мере делали упор на разработку мощных двигателей на керосине и водороде, советские ученые, создали хоть и менее мощный, но намного более эффективный керосиновый двигатель для работы на всех ступенях Н-1 (У меня еще есть пост: Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1).
НК-33 приятно удивил. Но возник вопрос, а нужно ли тогда было годами разрабатывать линейку РД-170/180/190, кто знает, напишите в комментариях.
Starship
Теперь давайте поговорим о Starship Илона Маска. В мире пока не много метановых ракет, это новый тренд, а Starship на других компонентах топлива уже совсем другая ракета, другие массы, другие размеры.
Но меня давно мучает вопрос, а что если бы был аналог Starship на ядерной тяге. Например, как сильно бы это уменьшило размеры сверхтяжелой ракеты при той же полезной нагрузке, и какие бы дало преимущества.
--------------------------
Примечание
Первая ступень Метан + кислород, предполагается что вторая ступень имеет ядерный двигатель с высоким твр (отношение тяги к весу) по меркам ядерных двигателей (или в случае с LANTR, приемлемым). Рассматриваются различные топлива для второй ступени.
LANTR - The L'OX-augmented Nuclear Thermal Rocket, то есть водородный ядерный двигатель с впрыском кислорода.
Это наиболее изученная технология в сравнении с двигателями остальных ядерных старшипов.
Размеры ступеней меняются в зависимости от массы топлива, плотности топлива, и наилучшего соотношения масс ступеней в каждом отдельном случае.
---------------------------
Я предполагаю, в будущем, основные расходы на эксплуатацию многоразовой ракеты, - топливо.
Чем меньше масса, тем меньше затраты на топливо, тем дешевле полет.
Так же меньшая масса ступеней ракеты означает уменьшение количества двигательных установок, что удешевляет производство и поможет улучшить окупаемость ракеты.
Несмотря на то что водородный вариант получился самым выгодным по стартовой массе, стоит помнить что это одно из самых дорогих топлив в космонавтике.
Итого, ядерные двигатели значительно снизили массу ракеты - носителя, а возможно и расходы (но не факт).
Преимущества ядерных ступеней очевиднее на примерах когда требуется совершать затратный маневр. В случаях когда обычный Starship требует предварительно несколько заправок, его ядерный аналог может потребовать одну, или при некотором уменьшении массы полезной нагрузки, вовсе ни одной. Но это уже тема отдельного поста.
Какому топливу я бы отдал предпочтение? Очень трудно сказать, я рассчитал много месяцев назад, но до сих пор не определился. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.
Канал и временно заброшенный чат в телеграмме
Другие мои посты на Пикабу, которые я считаю удачными:
Когда мы узнаем намного больше о Землеподобных экзопланетах?
Пилотируемые межзвездные перелеты в следующем веке (на чем и куда)
Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1
Большие и гигантские Лунные пещеры
Был бы рад узнать ваше мнение и мысли в комментариях, спасибо за внимание.
Колонизация Луны на ядерных технологиях
Как можно доставить 100 тонн грузов на поверхность Луны в один пуск ракеты? вот так!
Нам понадобится заправочная станция на орбите Земли, ядерные технологии, космический самолет и Лунная база с производством топлива.
Ракета - носитель: первая ступень - как у Starship, многоразовая. Вторая ступень, в данном примере на иллюстрациях - космический самолет, имеет ядерные ракетные двигатели и несет груз.
Самолет выходит на орбиту Земли, стыкуется с космической станцией и заправляется водородом.
Если масса груза 100 тонн, а массовое совершенство 0.22 , тогда полностью заправленный самолет должен заправиться 138 тоннами жидкого водорода.
После летит к луне, садится на Лунную базу, выгружает груз, загружает водород (в данном случае, 213 тонн). Взлетает с Луны, входит в атмосферу Земли для гашения скорости, снова выходит на орбиту Земли, стыкуется с космической станцией и заправляет ее. Садится на Землю.
Благодаря тому что на обратном пути у нас обычно нет нужды нести полезный груз и можно замедлиться в атмосфере Земли, есть возможность доставить большое количество топлива на околоземную космическую станцию для будущих полетов к Луне или в другие места.
Первая ступень позволяет произвести запуск ядерного двигателя второй ступени в верхних слоях атмосферы над океаном. Там ядерный двигатель не способен причинить никому вреда и использует эффективные сопла предназначенные для вакуума.
Вторая ступень (ядерная) эффективно работает по выводу полезной нагрузки на низкую орбиту и продолжает быть полезной, реализуя большой потенциал ядерных двигателей.
Возвращение на Землю позволяет провести качественное обслуживание сложных ядерных двигателей, использовать ядерную ступень многократно.
Для сравнения, ракета SLS теоретически способна доставить на поверхность Луны не более 22 тонн полезного груза и при этом без какой либо многоразовости.
P.S. для Иллюстрации сделал скрины из игры Orbiter, в основном из этого видео.
Все вышеперечисленное основано на моих "прикидочных" вычислениях.
Мы в вк.
Мы в телеграмме.
Пульсирующий ядерный ракетный двигатель
Мой 3 пост :)
Пульсирующий ядерный ракетный двигатель разработан в Политехническом университете Каталонии, Испания и в 2016 представлен на конференции.
В обычном твердофазном ядерном двигателе, топливо не подвержено достаточному количеству нейтронов чтобы получать от них энергию, тепло передается напрямую от реактора к рабочему телу.
Но в импульсном режиме ядерный двигатель может выделять энергию больше через нейтронный поток, а не тепло, нейтроны проходят сквозь реактор и нагревают топливо.
Таким образом можно нагреть топливо до температур выше температуры реактора. В момент импульса сам реактор можно охлаждать не топливом, а например жидким литием, который справляется с этим на порядок лучше.
Большой отрицательный температурный коэффициент реактивности означает, что в момент импульса реактивность снижается, и топливные элементы прекращают выделение энергии. Происходит охлаждение, а затем новый импульс.
Таким образом в двигателе температура рабочего тела может превышать температуру плавления тепловыделяющих элементов.
Импульсный режим по некоторым оценкам позволяет увеличить удельный импульс до 13000 секунд, это в более чем 10 раз превосходит показатель обычного ядерного двигателя.
Ракеты с ядерным двигателем
Мой второй пост на Пикабу, хех. Прокомментируйте пожалуйста, интересно что думаете.
Как мог бы выглядеть ядерный аналог Starship? Ради интереса я рассмотрел все виды топлива для ядерного двигателя, и вот что получилось. Голубым обозначена первая ступень с жрд на метане.
Вы можете сказать, а как же низкое отношение тяги к весу для ядерных ракетных двигателей? Я вам отвечу что это во многом зависит от конструкции.
У проекта Нерва был конкурент, проект Dumbo с TWR более 70 (без учета радиационной защиты) за счет конструкции каналов не вдоль двигателя а от центра к краю с более высокой пропускной способностью. Часть каналов заполнялась замедлителем, еще часть заполнялась ядерным топливом. К сожалению, проект не дошел до прототипа. Документ о нем датирован 1957 годом.
Вы можете возразить, мол этот двигатель был только в теории итд. На это я вам отвечу что 4 ракета в ряду рассмотрена с низким твр двигателя Нерва, и кроме того есть проработанный двигатель Нерва-2 с твр ≈ 7, что конечно плохо но тоже достаточно для установки на верхнюю ступень и получения 1600 тонн стартовой массы.
А как же безопасность, спросите вы вспоминая о Чернобыле. Газ пройдя через реактор не повышает свой фон, он вполне безопасен. Что на счёт взрыва?
Тестовый взрыв реактора Киви. Взрыв поднял радиоактивное облако, смертельная доза радиации регистрировалась в радиусе 100 метров от взрыва. Но ничего сверхстрашного не произошло, будь это над океаном при взлете ракеты, просто повысился бы радиационный фон. Прочные композитные стержни ядерного топлива не испаряются, спокойно падают не заражая большие территории. Хочу так же напомнить что советские ядерные реакторы уже падали в океан и все хорошо.
Ну и разумеется приходится тащить с собой радиационную защиту.
Да, ядерный двигатель не эталон безопасности, но прошу не рисовать страшных картинок у себя в голове на его счёт, я уверен что в 21 веке создать безопасный ядерный двигатель у которого дела не дойдут до взрыва, вполне по силам.
В целом я считаю ядерные двигатели очень перспективными и в открытом космосе и для ракет - носителей.
https://vk.com/newexpanse моя группа в вк
@newexpanse мой канал в телеграмме
Спасибо за внимание.
Педальный скакун Апокалипсиса родом из США.
Прогресс неостановим. Наука и техника победят всё. Пространство и время сдают позиции. На Марс летим в этой пятилетке. Ядерное оружие — удобный инструмент поля боя. Перед вами бурные 50-е, послевоенный промышленный бум и рождение рок-н-ролла.
То, что потом политкорректно назовут «революцией сознания», ещё впереди — в 60-х. Но американским ракетным и атомным инженерам 50-х годов вещества, расширяющие кругозор, были ещё ни к чему. Им пока хватало внутреннего запаса энтузиазма и креативности.
Времена тревожные. На дворе 1955-57 годы. Баллистические ракеты только создаются, а вот бомбардировщики уже начинают ёжиться в синем небе: ПВО крепчает. Задача невозбранно доставлять ядерное оружие на соседний континент уже назрела и перезрела. Решать её пытаются созданием сверхзвуковых бомбочудищ (М-50 в СССР, а в США — B-58 «Хастлер» и XB-70 «Валькирия»). Но лица, оснащённые прогрессивным мыслящим аппаратом, всегда смотрят дальше…
XB-70 «Валькирия»
На тот момент ракетная техника сравнительно неплохо умела делать большие самолёты-снаряды, а дальнюю баллистику ещё только пробовала. И вот группа интеллектуально продвинутых существ предложила создать беспилотный сверхзвуковой межконтинентальный бомбардировщик. Ракету, которая ведёт себя как самолёт, — всё, как любили в то время.
Сразу встал вопрос о двигателе, и его решили моментально: ядерный воздушно-реактивный прямоточник.
Если предельно грубо описывать принцип, то он основан на нагреве набегающего потока. Сначала ракета стартует на твёрдотопливных ускорителях, разгоняется, а потом включает маршевый движок. Воздух попадает через воздухозаборник в активную зону бортового реактора, где сквозит по тонким каналам среди топливных элементов, и там же находится делящееся вещество. Поток разогревается до высоких температур (больше 1000 градусов Цельсия) и создает тягу.
Плюсы такой схемы: не нужен бортовой запас керосина. Зарядил реактор — и пусть себе летит. Минусы: грязь в выхлопе, ионизирующее излучение во все стороны (какая ещё биозащита? Не знаю такой). Вывод? Делаем немедленно! Вы теперь называетесь «проект „Плутон“».
Связка из трёх ломов не тонет
Разработку этого педального скакуна Апокалипсиса передали компании Ling Temco Vought. Конструкция вырисовывалась предельно функциональной, не сказать — дубовой. Не случайно разработчики окрестили ракету «Летающим ломом» (Flying Crowbar).
Официальное название изделия было SLAM (Supersonic Low Altitude Missile — «сверхзвуковая низковысотная ракета»), и в шуточках того периода аббревиатуру расшифровывали как Slow, Low and Messy («медленная низкая грязнуля»).
Длина метров 27, вес около 28 тонн. Высота маршевого полёта 150-300 метров. Скорость 3,5 числа Маха (скорости звука) на низкой высоте, а на высоте в девять километров — при подлёте к территории противника по верхнему профилю — 4,2 числа Маха.
SLAM на стадии сборки
Расчёты показывали, что обшивка в полёте будет разогреваться до 540 градусов. General Electric специально для этого проекта подтащила сплав Rene 41, который сохранял прочность до температуры 980 градусов.
Мало того, для улучшения теплоотвода от реактора часть фюзеляжа собирались покрыть тонким золотым напылением…
Потом, дубовость — она во всём дубовость. Когда у тебя за спиной неэкранированный реактор, к электронике сразу возникают жёсткие и предметные вопросы. В 1964 году General Dynamics для этого проекта специально гоняла на стенде образцы электронной компонентной базы. Изучались изолирующие материалы, устойчивость полупроводниковых приборов и прочее.
Вывод был осторожный: сложно, но сделать можно. Читай: давайте деньги.
Тем временем в замке у шефа
Пока авиаракетчики рисовали весёлые и страшные концепты, Ливерморские лаборатории делали своё сумрачное дело по главному элементу проекта «Плутон» — ядерному двигателю. После прототипа TORY II-A с мощностью 155 МВт они выкатили полномасштабную модель TORY II-C, которая была рассчитана как раз на 500 МВт, требовавшихся для SLAM. В реакторе двигателя внутри матрицы из бериллиевой керамики было 27 тысяч каналов, по которым мимо 465 тысяч топливных элементов, нагретых до 1400 градусов, подавался воздух.
TORY II-A запустили 14 мая 1961 года в Неваде, в южной части самого ядерного полигона. Место запуска носило прекрасное название: Jackass Flats (Равнины Долбанутых). Первый прототип проработал всего несколько секунд. Заработал и ладно. Зато TORY II-C три года спустя держали на полной мощности 292 секунды. Гоняли бы и дольше, но воздух кончился.
Ядерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель «Tory» II-C, прототип двигателя «Плутон» на рельсовых испытаниях
Стенд сделали совершенно угарным, под стать всему проекту. Построили хранилище на 550 тонн воздуха на базе уложенных трубопроводов (общая длина 25 миль). Воздух подавали в двигатель подогретым до 500 градусов Цельсия, для чего под трубопроводами положили нагреватели с нефтяным питанием, а для нагнетания притащили мощные компрессоры, одолженные на флотской базе подводных лодок.
Запущенный реактор неслабо излучал, поэтому его ставили на точку запуска с помощью полностью автоматической железнодорожной линии.
Персонал сидел в отдельно смонтированном удалённом ангаре, под которым на всякий случай выкопали противорадиационное укрытие с запасами на две недели.
Кстати, выхлоп оказался не таким радиоактивным, как ждали. Единственное пятно на совести этого бодрого атомпанковского проекта.
На радостях от удачных испытаний команда разработчиков затащила в грузовик пианино, позаимствованное в женской общаге. За него уселся руководитель проекта «Плутон», доктор Тед Меркль, и вся компашка покатила бухать в ближайший невадский кабак, распевая по дороге похабные песни.
На бомбе сидит и бомбой погоняет.
Теперь этим всем надо было как-то управлять и для чего-то применять. Концепт был задумчивый. В угрожаемый период ракета запускается и кружит где-то над ненаселёнными территориями или над пустынными районами океана, чтобы себе же на голову не летело.
По получении приказа на нанесение удара изделие срывается и летит через океан к противнику.
Полёт вот это всё должно было совершать по заранее запрограммированному маршруту с коррекцией по радарному портрету местности. У ракеты есть образцы карт, и она периодически включает радар, осматриваясь «вниз» и исправляя накопленную ошибку навигации.
Топографическую основу для карт американцы добывали, в числе прочего, во время многочисленных разведывательных полётов над СССР в 1950-х. Съёмка и картографирование местности считались не менее важной задачей, чем вскрытие точных координат очередного ракетного завода или стратегического железнодорожного узла.
Только ничего тихого. Представьте себе железнодорожный вагон, несущийся на небольшой высоте на сверхзвуке. Звуковое давление 162 дБ громче, чем взлетающая рядом космическая ракета, но лишь чуточку не дотягивает до близкого знакомства со светошумовой гранатой и порванных барабанных перепонок.
Разработчики всерьёз писали, что ударная волна от полета SLAM над вражеской территорией в сочетании с радиоактивным воздействием тоже должна рассматриваться как побочный поражающий фактор.
Катясь с грохотом по маршруту согласно расписанию, «ломик» должен был применять бортовой запас термоядерных бомб (до 1 Мт мощностью), которых в разных вариантах компоновки должно было быть от 14 до 26. Но кидать их под себя было несколько неудобно: высота маленькая, ракета отлететь не успевала даже на трёхмаховой скорости. Тогда разместили отсек «на спине» и придумали выстреливать бомбы вверх и в стороны.
… Ну то есть катится вагон на трёх Махах, светится как новогодняя ёлка, стёкла по округе вылетают, позади активный выхлоп, во все стороны стартуют мегатонные петарды.
Если бы Кубрик знал об этом проекте, «Доктор Стрейнджлав» мог бы получиться совсем не таким, как мы его знаем.
Радиоактивный выхлоп и фон реактора, кстати, так понравились самим разработчикам, что его особенно отметили. В обосновании написали, что ракета после исчерпания бортового комплекта боезарядов может до упора кататься над Советским Союзом туда-сюда, облучая и загаживая территорию. А упор наступит далеко не сразу: дальность пробега аккуратно оценивали в 180 тысяч километров.
Испортили чад кутежа.
Дальше на это посмотрели военные и задали несколько практических вопросов. Например, как это испытывать? Вот это всё, к которому и подойти-то страшно, — его куда девать после полётной программы?
— А давайте мы его будем испытывать в Тихом океане, — радостно предложили разработчики, — Возле острова Уэйк? Там и утопим на глубине семь километров в завершение.
Военные тихо покрутили пальцем у виска и пошли смотреть, что там получается у баллистических ракетчиков. А у них уже рисовалось что-то более-менее похожее на нормальное оружие.
У СССР уже вовсю летала Р-7,ставились на дежурство Р-9А и Р-16. В США уже дежурили Atlas и Titan I.
Следующее поколение межконтинентальных носителей обещало ещё больше точности, скорости и неотвратимости доставки.
К тому же «ломик» получался золотым во всех смыслах слова, в том числе в буквальном.
При покупке серийной партии в 50 ракет цена единицы в нынешних долларах подошла бы к полумиллиарду, и это не считая ядерных боезарядов. Поэтому в июле 1964 года Пентагон закрыл «Плутон», потратив на него в нынешних ценах около 2,1 млрд долларов.
— Это были лучшие шесть лет жизни, — вспоминали потом Уильям Моран, старший по разработке топливных элементов, и Чак Барнетт, руководивший испытаниями TORY II-C. — Мы были молоды, у нас было до хрена денег, и всё было очень круто!