Виды и перспективные моторы: Обзор технологий и развитие двигателей в будущем. Часть 5

Ядерный двигатель — это особый агрегат. И принцип его действия базируется на ядерной реакции или радиоактивном распаде. Во время процесса идет выделение энергии. В результате нагревается рабочее тело, которым могут служить продукты реакций или какое-либо иное вещество. Скажем, водород.

Ядерный двигатель и принцип его работы

Ядерную энергию можно применять для того, чтобы нагревать рабочее тело не только в воздушно-реактивном, но и в ядерном ракетном двигателе (ЯРД). А их поделили на:

- реактивные, в которых идет непрерывный процесс нагрева рабочего тела (РТ), 
- импульсные или пульсирующие (их тоже можно называть реактивными), в которых идет дискретное выделение ядерной энергии. Происходит это после серии маломощных ядерных (термоядерных) взрывов. 

Реактивный ЯРД – конструкция, которая состоит из ядерного реактора, системы подачи рабочего тела и сопла. РТ при прохождении через активную зону ядерного реактора нагревается до высоких температур. При этом в то же время охлаждается конструкция активной зоны, и топливо с большой скоростью истекает через сопло. В результате создается реактивная тяга.

Еще одна разновидность реактивного ЯРД – это двигатель, который применяет тепловую энергию для того, чтобы нагреть РТ. Она выделяется, когда радиоактивные изотопы самопроизвольно делятся, то есть происходит радиоактивный распад. Достоинство данного двигателя в том, что у него простая конструкция. А недостаток данного двигателя в том, что у него высокая стоимость изотопов (например, полония-210). 

Надо также отметить, что во время самопроизвольного распада изотопа идет постоянный процесс выделения тепла. Он не прекращается, даже когда двигатель выключен. И его необходимо каким-то образом отводить из двигателя. А это ведет к усложнению и утяжелению конструкции.

Как создавали ядерный двигатель

Конец 40-х годов. Царит эйфория от перспектив применения ядерной энергии – и в СССР, и в США. В этих странах широко развернулись работы по разработке ядерных двигателей. Причем для всего, что может перемещаться. Особенно привлекательной стала такая идея «вечного» двигателя для военных. 

И все-таки для ВВС тоже была привлекательна идея неограниченного увеличения радиуса действия стратегической авиации. И потому в мае 1946 года командованием ВВС США был утвержден специальный проект. Им предусматривалось создать ядерные двигатели для того, чтобы оснащать ими стратегические бомбардировщики, – программа «Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft» (NEPA). 

1951 год. Данный проект сменила совместная программа ВВС и Комиссии по атомной энергии (КАЭ) – «Aircraft Nuclear Propulsion» (ANP). Компания «General Electric» смогла создать турбореактивный двигатель (ТРД). Его отличие состояло в том, что вместо обычной камеры сгорания был установлен ядерный реактор, и благодаря нему сжатый компрессором воздух нагревался. 

Первый проект американского атомного самолета был создан на базе стратегического бомбардировщика B-58, который был сверхзвуковым. Под крылом треугольной формы находилось 4 атомных ТРД. А при взлете и посадке необходимо было, чтобы работала еще пара «обычных» ТРД. В середине 1950-х уже сделали опытный образец маленького атомного реактора с воздушным охлаждением. Его мощностью составляла 1 МВт.

В 1954-1955 годах учеными Лос-Аламосской лаборатории был подготовлен доклад. В нем было написано о том, что существует реальная возможность создать ядерный ракетный двигатель (ЯРД). Так появилась программа под названием «Ровер». Двигатель включался, как только выходил на определенную скорость. Воздух, который поступает через воздухозаборник, нагревался в ядерном реакторе. А когда он истекал через сопло, то создавал тягу. 

И все-таки такой важный документ, как постановление Совета Министров о том, что необходимо начать работы по летательным аппаратам с ядерным двигателем, появилось на свет лишь 12 августа 1955 года. В середине 1959 года на первый серийный самолет, получивший обозначение Ту-95ЛАЛ, уже установили реактор.

Использование ядерного двигателя

Космонавтика стала одной из тех областей, которые стали наиболее перспективными для использования ядерных ракетных двигателей. Сейчас использование как жидкостных, так и твердотопливных ракетных двигателей становится все более невыгодным. При этом отметим, что ранее было разработано множество их вариантов.

Явные достоинства подобной установки в том, что у нее неограниченная автономность передвижения (дальность хода). Нужно отметить также немалую мощность двигателей. Преимущественно ЯСУ используются в морском флоте. И в надводном, и подводном. А еще потенциально ЯСУ может найти применение в транспортном средстве: автомобильном, железнодорожном, авиационном и космическом.

США, Россия, Франция, Великобритания, Индия и Китай. Вот шесть стран, которые обладают атомным подводным флотом. Суммарно эти страны имеют на вооружении более сотни АПЛ. Гражданский атомный флот имеет лишь Россия.

Существует немало трудностей, когда используешь ядерную силовую установку. Вот почему далеко не каждый проект по ее применению можно осуществить. 

Скажем, разработка атомовоза (автономный локомотив, который приводится в движение путем применения атомной энергии) велась еще в середине 20-го столетия, как и атомолета тоже. Однако из-за многих проблем, которые не удалось решить, в том числе и проблем, которые связаны с обеспечением безопасности, проекты пришлось закрыть.

Преимущество ядерных двигателей очевидно. И все-таки не будем забывать о том, что они пагубно воздействуют на окружающую среду. Потенциал данных двигателей очень высокий. Однако риск, связанный с их применением, тоже велик.