העתיד של מנועי טילים גרעיניים וההנדסה שלהם

למה חומר ההנעה הירושה

[ה] רקטות דחפו את האנושות לחלל במשך עשרות שנים, אך גבולות היסוד שלהם – מהירויות ממצה של אנרגיות חוב כימיות – מעצימות את הישג ידנו.הרקמה הכימית בוערת מימן וחמצן משיגה דחף מסוים (ראו:0IvyFLT) ל-850 שניות נוספות של LTFLT3) של כ-450 שניות בוואקום.

[ה]הממשלה אינה מושג חדש, ארה"ב השקיעה בכבדות בשנות ה-60 וה-70, דרך ה-FLT:0 [NERVA] ב-NERVA (NERVA) בשנת 1960s ו- 70s, באמצעות תוכנית ה- DLT-ALT, משמרות מדיניות, עלויות נוספות, ופרויקט של תוכנית אפולו ה-RILT, אשר שופץ מ-NDR2, הביא ל-ADR) תוכנית הגנה אוטומטית, ל-R.

הנתחים גבוהים.טיול עגול למאדים באמצעות הנעה כימית לוקח בערך 500-600 ימים.עם NTR, שיכול לרדת ל-400-450 ימים, חיתוך חשיפה אסטרונאוטים לקרינה קוסמית ומיקרו-גרביטציה. יתר על כן, היכולת לשאת יותר מטען להשקה יכולה לאפשר גידולי פני קבע, במפעלי משאבים מתאימים, ורכיבים עמוקים של חלל.

ראשי התיבות של Thermal Rocket Engines

איך NTRS עובד

מנוע NTR מורכב כור גרעיני, מערכת להאכיל מונעת, ו nozzle. מימן נוזלי (LHFLT:0203FLT:1) מוחזר דרך ערוצים מגניבים בליבת הכור, שבו הוא מחומם על ידי אנרגיה fission לגז עתיר גבוה.המימן החם מתרחב באמצעות מאגדת ללא מעצורים, בניגוד לפירוק של אנרגיה כימי, אשר מאפשר רק לפירוק של דלק כימי גבוה יותר.

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ביצועי מפתח

(הופנה מהדף IFLT:1irspph:2): אנדרט 3 850-1000 s עבור מימן דחף, לעומת -450 s עבור המנועים הכימיים הטובים ביותר (RL10, RS-25).
יחס משקל:0 [המקביל] ליחס משקל: ראט' 1 [1] 1.5-5 (עיצובים של NERVA), נמוך מטילים כימיים, אך מספיק ליישומים של מעל לעליון וכוכבי לכת.
(ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) יכולות של חזבאללה: 1FLT) כמה עיצובים NTR יכולים לפעול בעוצמה נמוכה כדי לייצר חשמל עבור מערכות חלליות, לפעול ביעילות כמקור הנעה חשמלית (NEP) במהלך שלב החוף.

השוואה עם נטייה כימית וחשמלית

מחקר שנערך בשנת 2021 על ידי נאס"א:0.10s Study Capability TeamFLT:1 העריך משימה התייחסות באמצעות שלושה מנועי NTR (כל 25 kN דחף, FLT:2IFLT 3,3FLT:4spOVAFLT:5900 s) עבור רכב העברת מאדים נדרש ציון של כ -400 טון, בהשוואה ל-650 טון בלבד עבור טכנולוגיה מתקדמת.

הנדסה הארליס מול טילים גרעיניים

הגבלות מדע חומריות בטמפרטורות קיצוניות

האתגר הקשה ביותר הוא פיתוח דלק כור וחומרים מבניים השוהים פעולה ממושכת ב >2500 מעלות צלזיוס בסביבה נויטרונים גבוהה של flux. במהלך תוכנית NERVA, רכיבי דלק סבלו מסדקים, נפיחות ואובדן אורניום בשל פריך מוצר fission ולחצים תרמיים.

דרישות חומריות חשובות כוללות:

(ב) ,0) , מגמת ההיתוך הגבוהה וההתרחבות התרמית הנמוכה של ה- 1 (ב) כדי לשמור על יציבות ממדית.
(ב) כנגד מימן חם, אשר יכול לתקוף קרמיקה רבות.
(ב) ,0) ,5 ⁇ (ב) , כדי למנוע זיהום רדיואקטיבי של זרם הדחף ונושל.
(FLT:0)NeutronשקיפותFLT:1 ברכיבים מבניים שאינם דלק כדי להימנע מקליטת נויטרונים טפילטית והפעלה מוגזמת.

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

שמירה ואחסון

מימן נוזלי הוא המדחף היעיל ביותר עבור NTRs, אבל זה קשה לשמצה לטפל.עם נקודה רותחת של -252.9 מעלות צלזיוס ו צפיפות נמוכה מאוד (70.8 ק"ג / m3), LHFLT:02FLT:02FLT 1 טנקים חייב להיות גדול וכבדה לתוך שטף.

משימות מאדים ארוכות דורשות אחסון מונע במשך חודשים, אפילו שנים.FLT:0Zero רתיחה (ZBO) CryocoolerssFLT:1 מפותחים כדי לשמור על LHFLT:2033 ליטר 3 טנקים קרים ללא אוורור.

קרינה הגנה ובטיחות

NTR פועל פולט תערובת של gammas מהירה, נויטרונים, וקרני gamma fission מן הליבה ומחומרים מבניים מופעלים.עבור משימות מאוישות, הגנה קרינה היא חיונית.הגישה המסורתית היא לאתר את הכור בקצה הרחוק של בום ארוך או מאחורי מגן הצללים עשוי ליתיום hydride או tungstens. אבל מוסיף את המורכבות ההמונית הזאת ו-עבור כור ארוך, אבל יכול להיות מכווץ מאחורי הקירבה, אבל יכול להיות ממוקם מאחורי הקירבה, אבל הוא עדיין מאחורי הקירבה, אבל הוא עדיין ממוקם מאחורי מגן הצללים, אבל הוא עדיין ממוקם מאחורי הקירבה, אבל הוא עדיין מאחורי הקירבה, אבל הוא יכול להיות ממוקם מאחורי הקירבה, אבל הוא ממוקם מאחורי מגן הצללים, אבל הוא יכול להיות ממוקם מאחורי מגן עשוי להיות ממוקם מאחורי הקירבה, אבל הוא יכול להיות ממוקם מאחורי מגן הצללים, אבל הוא עדיין מאחורי מגן עשוי להיות ממוקם מאחורי מגן הצללים, אבל.

טיפול קרקעי ואסיפה דורשים גם תכנון מגן זהיר.במהלך ההשקה, הכור חייב להיות קריטי כדי למנוע ביקורת מקרית בתאונה אמינה (למשל, פיצוץ, מים קידוד, השפעה) זה מושג על ידי שימוש אורניום עשיר (LEU) ליבת (עשירון <20% U-235) או על ידי הוספת אלמנטים רעילים של נייטוטרון-אבינג אשר מוסרים רק לאחר מעברינרציה בטוחה הנוכחית, אשר מאפשר העדפה של דלקים חדשים של נאס"א.

מחקר משנת 2020 מ-FLT:0) האקדמיות הלאומיות של מדעי, הנדסה ורפואה ®Educert 1 בחנו את מקרה הבטיחות להנעה גרעינית ומצא כי הסיכון לתאונה שיגור גורמת לשחרור רדיולוגי משמעותי הוא נמוך מאוד אם עיצובי בטיחות מודרניים מועסקים.

אתגרים מדיניות ופוליטיקה

[ה]התחנה גרעינית בחלל כוללת סוכנויות ממשלתיות מרובות. בארצות הברית, חוק מדיניות הסביבה הלאומית (NEPA) אנדרל 1 דורש הצהרה סביבתית (EIS) עבור כל שיגור גרעיני.ה-FLT:2 Nuclear Regulatory Commission (NRC)FLT 3 מפקח על תכנון ואבטחת בטיחות (למרות שסמכותו אינה כוללת בדרך כלל מערכות אספקת חלל כגון: 4F).

תכנית DRACO משתמשת במסגרת שיתופית בין DARPA, נאס"א ו- DOE כדי לייעל אישורים. אבן דרך מרכזית הייתה נקודת ציון חשובה:02023 הבית הלבן מזכר על נטיות חלליות גרעיניות: 1, אשר הבהיר את התפקידים של כל סוכנות ויים את פיתוח מסגרת בטיחות מאוחדת.

תגובה ושליטה התנהגות טרנספורמטיבית

כורים NTR חייבים להיות מסוגלים להתחיל במהירות, להתכווץ, ולהשבת.בניגוד כורים מבוססי חשמל קרקעיים, מערכת הבקרה חייבת להתמודד עם תערובות פעילות גדולות במהלך מתחיל ולהגיב לתקלות פוטנציאליות כמו כישלון משאבה או תופים תקועים שליטה.הגרעין הכור יש טמפרטורות שליליות של פעילות מחדש (כמו דלקים, תגובתיות מופחתות), אשר מספק מנגנון רגולציה עצמית, אך ניתוח transttintric זורם עצמו הוא המניע את הטמפרטורות מורכבות משפיע על עצמה.

עבודה אחרונה ב-[[1924]] ב-[[1924]]]], [[1924]]]]]], הייתה בשימוש ב-[[המאה ה-1]], בהרכבה של [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

אפשרויות לעתיד וטכנולוגיות Enabling

המונחים: Advanced Fuel Concepts

כיום קיימים שלושה סוגי דלק:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0Graphite מורכב דלק:FLT:1 UC חלקיקים במטריקס גרפי עם ציפוי סיליקון מגן (SiC) דומה עיצובים NERVA אבל עם תהליכי ציפוי משופרים כדי להפחית את קורוזיה.
(ב) ⁇ :0.01: דלק ISO:FLT:1 חלקיקים אלומיניום של מבנה המשמש באופן מסורתי עבור כורים גזים עתירי זמן גבוהה על פני כדור הארץ. TRISO מבוסס NTR נחקר על ידי FLT:2MIT תגובה גרעינית מעבדה:2MIT רטרוration מעבדת FLT 3: עבור החזק שלה ויכולת להכיל מוצרי סדקים.

לכל סוג דלק יש עצירות סחר בטמפרטורה הפעלה, שימור מוצר פשפשפש, ומיומנות.המנהל הקדמי הנוכחי עבור DRACO הוא דלק צוואר עקב התכונות התרמיות והמכניות הגבוהות ביותר שלו, אם כי הגרפים עדיין תחרותיים עבור יישומים נמוכים, חיים ארוכים.

עיצוב תגובה חדשנית

מעבר לקונה המוצק הקלאסי NTR, מספר וריאציות מציעות יתרונות:

כור מיטה (PBR): פיזור 1 חלקיקים דלק הם נוזל או קבוע במיטה, המאפשר שיעורי העברת חום גבוהים. pBRs יכול להשיג יחס גבוה מאוד למשקל, אבל להציג שליטה זרימה מורכבת.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ,0) ננוקלאר תרמי / היברידית כימית: FIRLT:1 השתמש ב-NTR עבור כוויות דל-לב גבוהה ומנוע כימי רב-עוצמה עבור הנחיתה.

הדגמה DRACO של DARPA תהיה כנראה פשוט מוצקה של NTR, אבל תוכניות מעקב יכול לחקור את התצורה החדשנית הזו.

חומרים וייצור פורצות דרך

(הייצור התוספתי) הוא מהפכה בעיצוב רכיב NTR.FLT:0Electron beam אבקת אבקת אבקת היתוך (EB-PBF) של tungsten הפיק ערוצים מורכבים מגניבים אשר להפחית את הירידה בלחץ ולשפר את ההעברה חום.FLT:2Refractory alloysFLT 3 כמו Molybden-Rhenium (Mo-Re) הוכח בהצלחה עבור טכניקות אלקטרו-Flyphle-Ral (Ral-RLTs) סגסוגתs 3D.

עוד התקדמות חומרית מרכזית היא (FLT:0 silicon carbide מטריקס קרמיקה (CMC-SiC)FLT:1, אשר הם קלים יותר מאשר Superalloys ויכולים לעמוד בטמפרטורות מעל 2000 מעלות צלזיוס, למרות שפותח במקור עבור טורבינות גז, CMC-SiC נחקר עבור NTR ללא קירור מזורים ותומך מבני.

אינטגרציה ארוכת טווח Spacecraft

מנוע NTR אינו רק כור – זוהי מערכת הנעה שצריכה להשתלב עם מערכת החום, הכוח התרמית, המבנית והניווט של החללית.

(ב) ניהול רב-המאה: 1 (FLT:1), הכור והנושל קורנים חום; קורנטורים ומגן תרמי חייבים להגן על מכשירים רגישים ומודולים של צוות.
(FLT:0) Power Supply:EveFLT:1 במהלך כוויות, המנוע עצמו מייצר קצת כוח; במהלך החוף, לוחות סולאריים או מקור אנרגיה גרעיני נפרד נדרשים.
(FLT:0) דינמיקה של הנדסת חשמל: FLT:1, הפריחה הארוכה המפרידה את הכור מן הצוות יוצרת מבנה גמיש; מערכות בקרה חייבות לנהל מצבי כפייה במהלך דחף.
אדריכלות המשימה:0 (FLT:1) רוב המושגים של מאדים משתמשים באסטרטגיה מפוצלת - קרגו וצוות כל אחד מהם יש שלבים NTR ייעודיים. Cargo עשוי לצאת ראשון (העברה של תקופות סינודיות), והצוות עוקב אחר מסלול מהיר יותר.

מסקנה: The Path Forward

מנועי טילים תרמיים גרעיניים כבר לא מושג עתידני - הם בפיתוח פעיל עם בדיקות טיסה באופק.ההמכשולים ההנדסיים הם בלתי ניתנים להפרדה, אבל התקדמות בחומרים מדע, ייצור תוספים ועיצוב ברמה המערכות הופך עיצובים ישנים של NERVA-era לתוך הנעה חללית קיימא.נוף בטיחות ורגולטורי הוא גם מזינוק, עם מסגרות ברורות הנובעות משותפויות ממשלתיות.

בעשור הבא, הפגנת טיסה – בדומה לדראקו – תאמת את הטכנולוגיה NTR במסלול.אם יצליח, משימות מאדים המופעלות על ידי NTR- מופעלות על ידי DRACO – יכולות להתחיל בשנות ה-2030.זה היה מציין שינוי פרדיגמטי ב חקר החלל, מה שהופך מסע למאדים מאנתרופולוגיה כימית בסיכון גבוה לשיטה המופעלת על ידי אנרגיה גרעינית.

(ב) ראו את ה-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]