التقنيات النووية للفضاء
بالفعل في المراحل الأولى من تطوير صناعة الصواريخ والفضاء ، ظهرت المقترحات الأولى لاستخدام التقنيات النووية المختلفة. تم اقتراح وعمل تقنيات ووحدات مختلفة ، لكن بعضها فقط وصل إلى التشغيل الفعلي. في المستقبل ، من المتوقع تقديم حلول جديدة بشكل أساسي.
الأول في الفضاء
في عام 1954 ، تم إنشاء أول مولد كهربائي حراري للنظائر المشعة (RTG أو RTG) في الولايات المتحدة الأمريكية. العنصر الرئيسي في RTG هو نظير مشع يتحلل بشكل طبيعي مع إطلاق الطاقة الحرارية. بمساعدة عنصر حراري ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية ، والتي يتم إصدارها للمستهلكين.
الميزة الرئيسية لـ RTG هي إمكانية التشغيل على المدى الطويل بخصائص ثابتة وبدون صيانة. يتم تحديد العمر من خلال عمر النصف للنظير المحدد. في الوقت نفسه ، يتميز هذا المولد بكفاءة منخفضة وطاقة خرج ، ويحتاج أيضًا إلى حماية بيولوجية وتدابير أمان مناسبة. ومع ذلك ، فقد وجدت RTGs تطبيقًا في عدد من المجالات ذات المتطلبات الخاصة.
في عام 1961 ، تم إنشاء RTG من النوع SNAP 3B في الولايات المتحدة مع 96 جم من البلوتونيوم 238 في كبسولة. في نفس العام ، دخل القمر الصناعي Transit 4A المجهز بمولد كهذا إلى المدار. أصبحت أول مركبة فضائية في مدار الأرض تستخدم طاقة الاضمحلال النووي. في عام 1965 ، أطلق الاتحاد السوفياتي القمر الصناعي Kosmos-84 ، وهو أول جهاز له مع Orion-1 RTG باستخدام البولونيوم 210.
في المستقبل ، استخدمت القوتان العظميان بنشاط RTGs في إنشاء تكنولوجيا الفضاء لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، يتلقى عدد من المركبات الجوالة في العقود الأخيرة الكهرباء على وجه التحديد من تحلل العناصر المشعة. وبالمثل ، يتم توفير مصدر الطاقة للبعثات التي تبتعد عن الشمس.
لأكثر من نصف قرن ، أثبتت مجموعات RTG قدراتها في عدد من المجالات ، بما في ذلك. في صناعة الفضاء ، على الرغم من أنها ظلت أداة متخصصة للمهام الفردية. ومع ذلك ، حتى في هذا الدور ، تساهم مولدات النظائر المشعة في تطوير الصناعة والبحث وما إلى ذلك.
صاروخ نووي
بعد فترة وجيزة من إطلاق البرامج الفضائية ، بدأت الدول الرائدة في العمل على مسألة إنشاء محرك صاروخي نووي. تم اقتراح بنى مختلفة بمبادئ تشغيل مختلفة وفوائد مختلفة. على سبيل المثال ، في المشروع الأمريكي Orion ، تم اقتراح مركبة فضائية تستخدم موجة صدمة من الرؤوس الحربية النووية منخفضة القوة للتسريع. عمل أيضًا على تصميمات ذات شكل مألوف أكثر.
في الخمسينيات والستينيات ، طورت وكالة ناسا والمنظمات ذات الصلة محرك نيرفا (المحرك النووي لتطبيقات المركبات الصاروخية). كان مكونه الرئيسي عبارة عن مفاعل نووي مفتوح الدورة. كان من المفترض أن يسخن السائل العامل على شكل هيدروجين سائل من المفاعل ويقذف عبر فوهة ، مما ينتج عنه قوة دفع. كان محركًا نوويًا من هذا النوع متفوقًا في خصائص التصميم على أنظمة الوقود الكيميائية التقليدية ، على الرغم من أنه كان أكثر خطورة في التشغيل.
تم إخضاع مشروع نيرفا للاختبار لمكونات مختلفة ومجموعة التركيب بأكملها. خلال الاختبارات تم تشغيل المحرك 28 مرة وعمل لمدة ساعتين تقريبا وتم التأكد من الخصائص. لم تكن هناك مشاكل كبيرة. ومع ذلك ، لم يتم تطوير المشروع. في مطلع الستينيات والسبعينيات ، تم تقليص برنامج الفضاء الأمريكي بشكل خطير ، وتم التخلي عن محرك نيرفا.
في نفس الفترة ، تم تنفيذ عمل مماثل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. اقترح مشروع واعد استخدام محرك بمفاعل يقوم بتسخين سائل العمل في شكل هيدروجين سائل. في أوائل الستينيات ، تم إنشاء مفاعل لمثل هذا المحرك ، وبدأ العمل لاحقًا في باقي الوحدات. لفترة طويلة ، استمر اختبار واختبار الأجهزة المختلفة.
في السبعينيات ، اجتاز محرك RD-0410 النهائي سلسلة من اختبارات الحريق وأكد الخصائص الرئيسية. ومع ذلك ، لم يتلق المشروع مزيدًا من التطوير بسبب درجة التعقيد والمخاطر العالية. استمرت صناعة الصواريخ والفضاء المحلية في استخدام المحركات "الكيميائية".
القاطرات الفضائية
في سياق مزيد من أعمال البحث والتصميم في الولايات المتحدة وفي بلدنا ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه من غير المناسب استخدام محركات من نوع NERVA أو RD-0410. في عام 2003 ، بدأت ناسا العمل على هندسة مركبة فضائية جديدة بشكل أساسي مع محطة للطاقة النووية. تم تسمية المشروع بروميثيوس.
اقترح المفهوم الجديد بناء مركبة فضائية بمفاعل كامل على متنها لتوليد الكهرباء ، بالإضافة إلى محرك نفاث أيوني. يمكن لمثل هذا الجهاز أن يجد تطبيقًا في مهمات البحث بعيدة المدى. ومع ذلك ، تبين أن تطوير بروميثيوس كان مكلفًا للغاية ، ولم تكن النتائج متوقعة إلا في المستقبل البعيد. في عام 2005 ، تم إغلاق المشروع بسبب نقص الآفاق.
في عام 2009 ، بدأ تطوير منتج مماثل في روسيا. يجب أن تستقبل "وحدة النقل والطاقة" (TEM) أو "قاطرة الفضاء" محطة طاقة نووية من فئة ميغاوات ، مقترنة بمحرك أيوني ID-500. يُقترح تجميع السفينة في مدار حول الأرض واستخدامها لنقل حمولات مختلفة ، وتسريع المركبات الفضائية الأخرى ، وما إلى ذلك.
مشروع TEM معقد للغاية ، مما يؤثر على تكلفته والمواعيد النهائية. بالإضافة إلى ذلك ، كان هناك العديد من المشاكل التنظيمية. ومع ذلك ، بحلول منتصف السنوات العاشرة ، تم اختبار المكونات الفردية لـ TEM. يستمر العمل وقد يؤدي في المستقبل إلى ظهور "قاطرة فضائية" حقيقية. تم التخطيط لبناء مثل هذا الجهاز في النصف الثاني من العشرينات ؛ التكليف - في عام 2030
في ظل عدم وجود صعوبات خطيرة وتنفيذ جميع الخطط في الوقت المناسب ، يمكن أن يصبح TEM المنتج الأول من فئته في العالم الذي يتم تشغيله. في الوقت نفسه ، هناك هامش معين من الوقت ، مع استبعاد إمكانية ظهور المنافسين في الوقت المناسب.
وجهات النظر والقيود
تحظى التقنيات النووية بأهمية كبيرة في صناعة الصواريخ والفضاء. بادئ ذي بدء ، يمكن أن تكون محطات الطاقة من فئات مختلفة مفيدة. لقد وجدت بالفعل RTGs التطبيق وهي راسخة بقوة في بعض المجالات. لم يتم استخدام المفاعلات النووية الكاملة بعد بسبب أبعادها الكبيرة ووزنها ، ولكن هناك بالفعل تطورات على السفن التي تحتوي على مثل هذه المعدات.
على مدى عدة عقود ، عملت القوى الفضائية والنووية الرائدة على وضع واختبار عدد من الأفكار الأصلية في الممارسة العملية ، وحددت قابليتها للبقاء ووجدت المجالات الرئيسية للتطبيق. لا تزال عمليات مماثلة مستمرة ، وربما ستعطي قريبًا نتائج جديدة ذات طبيعة عملية.
وتجدر الإشارة إلى أن التقنيات النووية لا تستخدم على نطاق واسع في صناعة الفضاء ، ومن غير المرجح أن يتغير هذا الوضع. في الوقت نفسه ، تبين أنها مفيدة وواعدة في مجالات ومشاريع معينة. وفي هذه المنافذ يتم بالفعل تحقيق الإمكانات المتاحة.
معلومات