Ядерно-плазменная ракета "пушечного" типа

[fonzeppelin]

Идея «оседлать» космическим кораблем невероятную мощность атомного взрыва давно завораживает умы инженеров и атомщиков. Предлагались самые разные идеи и концепции. Широко известный «Орион» должен был сбрасывать за корму направленные термоядерные заряды, и принимать энергию взрыва массивной амортизированной плитой. Менее известный «Гелиос» должен был взрывать миниатюрные атомные бомбы в гигантском баке, заполненном водой, выбрасывая перегретый пар через сопло. Роберт Зубрин предложил идею ракеты на растворе солей урана — в которой критическая масса создается впрыскиванием субкритических струй раствора — де-факто, летящую на непрерывном ядерном взрыве. 

И вот инженеры Трой и Стивен Хоувы, кажется, нашли новый способ — ядерно-плазменную ракету «пушечной» схемы сборки.

Напомню, что «пушечная» схема — одна из двух основных, и наиболее простая в реализации конструкция ядерного боеприпаса. В ней урановая «пуля» попросту выстреливается пороховым зарядом в урановую «мишень» на конце ствола. Так была устроена атомная бомба Mk-I "Малыш", сброшенная на Хиросиму.

Преимущества такой конструкции — простота проектирования и изготовления, сравнительная неприхотливость. Недостатки — низкая эффективность сборки (бомба требует большого количества высокообогащенного урана, из которого прореагировать успевает только малая часть), значительная вероятность нештатного срабатывания (маломощной «шипучки»).

Ядерно-плазменная ракета Хоувов использует аналогичный принцип. В ней подвижный урановый «снаряд» выстреливается по урановому же «стволу». Поток нейтронов от «ствола» вызывает самоподдерживающуюся реакцию в «снаряде», который разогревается, расплавляется, испаряется — затем преобразуется в плазму, и выбрасывается через магнитное сопло. Такая система обходится вообще без обжатия урана, не требует сложной конструкции двигательных зарядов и амортизаторов. Оборотной стороной, разумеется, является ее меньшая эффективность — «пушечная» схема не слишком-то выгодна.

Цикл работы двигателя выглядит следующим образом:

* Электромагнитный ускоритель выстреливает урановый «снаряд» вдоль уранового «ствола» на скорости порядка 1,6 км/с.

* «Снаряд» массой 2,2 кг, изготовлен из урана высокой пробы низкого обогащения (англ. High-Assay Low-Enriched uranium — HALEU), с содержанием урана-235 между 5% и 20%. Имеется нейтронный замедлитель, преобразующий быстрые нейтроны в медленные тепловые.

* «Ствол» состоит из двух секций: большая изготовлена из низкообогащенного урана (англ. Low-Enriched uranium — LEU), меньшая возле дула из высокообогащенного урана (англ. High-Enriched uranium — HEU). Замедлителя в стволе нет.

* Двигаясь по LEU-секции «ствола», урановый «снаряд» образует с ним критическую массу — но ввиду отсутствия нейтронного замедлителя в «стволе», интенсивная цепная реакция идет только в «снаряде».

* Цепная реакция разогревает «снаряд» сначала до кипения, затем до испарения, превращая его в облако перегретого уранового газа. Из-за высокой скорости движения облака по «стволу», оно не успевает значимо рассеяться.

* Влетая в дульную HEU-секцию «ствола», облако уранового газа подвергается крайне интенсивному нейтронному облучению. Цепная реакция в урановом газе приводит к ионизации и превращению газа в электропроводящую плазму.

* Электропроводящая плазма направляется магнитными полями решетчатого сопла и выстреливается, создавая реактивную тягу. 

* Избыточное тепло, накопившееся в «стволе», рециркулируется системой активного охлаждения, которая закачивает к «стволу» охлажденный хладагент, и подает нагретый в радиаторы через турбину/МГД-генератор. Генератор вырабатывает электрический ток, служащий для питания электромагнитного ускорителя и магнитных систем сопла. Теоретически, на каждый выстрел система поглощает до 5 мегаватт, генерируя при этом (за счет выделяющегося тепла ядерной реакции) до 200 мегаватт.

Согласно рассчетам авторов проекта, такой двигатель будет иметь удельный импульс порядка 5000 секунд — примерно в 10 раз лучше чем у химического кислород-водородного двигателя. Тяга же (за счет использования массивной урановой плазмы) может достигать 100.000 ньютонов. 

Проект небесспорный, но изящный — вне всякого сомнения)

Comments

[fyvaproldzhe.livejournal.com]

Ваха 40к все ближе.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Не, Гумсворкшопсу на такое никогда выдумки не хватит)

[antonkachinskiy.livejournal.com]

А такая штука под говор не подпадает? Можно в принципе трактовать и так что если уран превращается в плазму — это взрыв....

[fonzeppelin.livejournal.com]

Крайне маловероятно. Собственно, "Орион" как таковой тоже не подпадает под договор, потому что двигательные заряды ФОРМАЛЬНО не являются оружием массового поражения.

[johnleehooker.livejournal.com]

Плазма – штука весьма капризная, ежели она "заденет" "ствол" – мало не покажется. Но идея интересная, только стартовать надо с орбиты.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Да, это чисто "вакуумный" привод.

[prostak-1982.livejournal.com]

И тоже чисто космический.

Все-таки, вопрос вылезания из колодца эффективно до сих пор не решили.

[Митин Дмитрий (from livejournal.com)]

Теоретически решили: лифты и настильные канатные дорожки

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, Маск в общем-то решил)

[sni-1.livejournal.com]

Нет потребности. Эффективность то нормальная. Разогнать болванку до первой космической в любом случае требует энергии.
КПД по выше чем у ДВС будет.

[lilibay.livejournal.com]

т.е. "снаряд" не успевает вылететь и испаряется ещё в стволе? хитро...

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ага. Но при этом двигается так быстро, что расшириться до вылета не успевает.

[fatangryopossum.livejournal.com]

Спасибо.
Нупский вопрос: а как у него с радиоактивностью?

[fonzeppelin.livejournal.com]

Насколько я понимаю, как и у любого реактора: фонит после запуска долго и упорно.

[alll]

Ну, если там только у LEU секции поток нейтронов, достаточный для испарения урановой болванки за время пролёта на скорости 1.5 км/с, то с радиоактивностью там всё просто супер.

[sni-1.livejournal.com]

Все таки модели с инертным рабочим телом нравятся больше и больше.
А вот это вот все, ну сильно намекает жжение ассигнаций чтоб согреться.

[john-jack.livejournal.com]

Насовать рабочего тела в ту болванку?
Инертное рабочее тело упирается в вечную проблему паровых двигателей: котёл, сучечки, из чего делать будем? А то он должен продолжительно выдерживать температуры ВЫШЕ чем у оного тела, чтобы их ему передать. Не просто стоять рядом с ними охлаждаем с другой стороны, как в двигателе внутреннего сгорания, а сам быть разогрет.

[vakhnenko.livejournal.com]

Имхо самым реальным по-прежнему остается Орион.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Сложно сказать... предложенный концепт имеет преимущество в виде механической простоты.

[antontsau.livejournal.com]

как всегда для постройки такого дрыгателя требуется некий унобтаниум, способный выдерживать пролетающий мимо него пусть небольшой но все же атомный взрыв, причем не один раз и свободен как в термоядерной бомбе, а раз за разом без особого разрушения этого самого ствола.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Где там требуется унобтаниум? Обычного урана хватит, он достаточно прочен и тугоплавок (не шедевр, конечно)

[john-jack.livejournal.com]

Стрелять ядерными взрывами даже круче чем ядерными бомбами, однако. Но практичнее, чем наслаждаться постоянным ядерным взрывом в камере.

[fon-rotbar.livejournal.com]

А стволие не порвёт?

[fonzeppelin.livejournal.com]

Чем?

[waryag72.livejournal.com]

Зачем усложнять проект рейлганом, у которого в ближайшее время низкие шансы на доводку хоть где-то и нулевые — в космосе?

[lx-photos.livejournal.com]

Спасибо, интересно.

[affidavit-donda.livejournal.com]

Ну ни себе чего! А ведь идея-то простая, как апельсин.

[armagedon-tvp.livejournal.com]

А что по нейронам? Около "среза" ствола их будет много, и они нейтральные (летят во все стороны, магнитным полем не останавливаются), т.е. прилетят и в срез ствола, и в "обедненый" ствол, и в конструкцию — и "привет "наведенная радиоактивность, и охрупчивание (увеличение) (для сталей так точно).