Техника - молодёжи 1960-01, страница 43

I

ПОСЛЕДНИЕ годы стремительно развивается ракетная техника. Здесь одной из наиболее сложных проблем считается создание высокоэффективной двигательной установки Решение ее связывалось главным образом с разработкой различных видов высокоэнергетичных химических топлив. Запуск искусственных спутников Земли и первых космических ракет свидетельствует об огромных успехах, достигнутых в этой области. Но для дальних космических полетов ракеты с двигателями на химическом топливе малопригодны. в основном, в силу энергетической ограниченности химических источников энергии. Известно, что энергия, которую можно получить при химической реакции 1 кг сильно взрывчатой или любой горючей (меси, в 10⁷ раз меньше энергии, которую можно получить от 1 кг делящегося вещества. Опыт практическою использования атомной энергии для энергетических целей, накопленный к настоящему времени, позволяет наметить пути возможного применения ядерных источников энергии для ракет.

Основное различие между обычными и атомными ракетами заключается в способе получения энергии, необходимой для движения.

Обычная ракета получает энергию от сгорания или разложения химического топлива. Нагретые до высокой температуры и выбрасываемые из сопла ракеты с большой скоростью, продукты горения или разложения топлива (рабочее тело) и обеспечивают поступательное движение ракеты. В атомной же ракете, например, с двигателем теплообменного типа рабочее тело пассивно. Оно нагревается за счет кинетической энергии осколков деления, образующихся в результате управляемого процесса деления в ядерном реакторе, и с большой скоростью выбрасывается из сопла ракеты.

Если бы было возможно продук ты синтеза дейтерия с тритием, образующиеся в ходе термоядерной реакции, выбрасывать из ракеты в направлении, обратном ее движению, то эффективный удельный импульс такого рабочего тела (ядер атомов гелия) был бы в 10» раз больше эффективного удельного импульса современных ракет на химическом топливе. Термоядерные процессы дают достаточный выход энергии на единицу реагирующей массы, чтобы обеспечить такие рабочие характеристики ракет, которые в настоящее

АТОМНЫЕ РАКЕТЫ

М. ВИСКОВА, инженер

время даже трудно себе представить.

Поэтому рассмотрим некоторые из возможных нехимических двигательных систем, использующих атомную энергию реакции деления ядер атомов. В ракетном двигателе тепло-обменного типа (рис. 1, вкладка) рабочее тело подается в активную зону реактора центробежными насосами с приводом от турбины. В реакторе жидкое рабочее тело испаряется, нагревается до необходимой температуры, а затем выбрасывается через сопло со сверхзвуковой скоростью. Полезный груз, в состав которого в будущем войдет и экипаж, может быть расположен в носовом отсеке перед баками с рабочим телом. Это делается для того, чтобы максимально использовать рабочее тело в качестве защиты от излучений реактора, а также достичь наибольшей удаленности людей от реактора.

Процесс деления выгодно осуществить таким образом, чтобы замедление осколков деления происходило непосредственно в рабочем теле, а не в конструкции, которая сначала нагревается сама и лишь затем нагревает рабочее тело. Именно на этом принципе работает двигатель следующего типа ракеты (рис. II). Гомогенная смесь делящегося вещества и рабочего тела поступает в камеру, где рабочее тело нагревается непосредственно осколками деления и затем извергается из сопла. Реакторы такЬго типа в зоне теплообмена фактически являются газовыми. Недостаток двигателей этого типа заключается в том, что вместе с рабочим телом выбрасывается и значительная часть неизрасходованного атомного топлива. Однако не исключена возможность. что путем быстрого вращения струи газа в активной зоне или путем использования электрических или магнитных полей можно будет добиться разделения топлива и рабочего тела и тем са

На цветной вкладке изображены некоторые типы атомных ракетных двигателей и их основные части.

/ ДВИГАТЕЛЬ. В КОТОРОМ РАБОЧЕЕ ТЕЛО ПРОПУСКАЕТСЯ ЧЕРЕЗ АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА: 1. Реактор. 2. Бак с рабочим телом. 3. Сопло двигателя. 5. Насос.

//. ДВИГАТЕЛЬ. В КОТОРОМ РАБОЧЕЕ ТЕЛО СМЕШИВАЕТСЯ С ЯДЕРНЫМ ГОРЮЧИМ (ГАЗОВЫЙ): 4. Запас делящегося вещества. ///. ДВИГАТЕЛЬ С УСКОРЕНИЕМ ИОНОВ: 6. Паровая турбина. 7. Генератор электрического тока. 8. Система охлаждения отработанного пара. 9. Цилиндры, ускоряющие поток наряженных частиц (ионов).

IV. ДВИГАТЕЛЬ С УДАРНОЙ ТРУБОЙ: 10. Бак высокого давления для накапливания горячего газа. 11. Клапан бака. 12. Клапан выхлопной трубы. 13. Клапаны системы охлаждения. 14. Выхлопная труба.

V. ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ: 15. Анод дуги. 16. Стабилизатор. 17. Кольцевой электрод (катод дуги).

мым значительно уменьшить потери делящегося материала. Удельный им пульс, развиваемый двигателем этого типа, будет в 6—7 раз больше, чем у предыдущего.

Третья из рассматриваемых нами систем основана на использовании электрических или магнитных полей, ускоряющих ионы или заряженные частицы до очень больших скоростей. Ускоритель питается электроэнергией. вырабатываемой реактором и турбогенератором (рис. III).

Двигатель четвертой ракеты (рис. IV) работает по своеобразному термомеханическому циклу. Часть энергии реактора используется для привода насоса, который подает в активную зону реактора жидкое рабочее тело, где оно испаряется и на гревается при высоком давлении. Полученный горячий газ нагнетается в отдельную камеру высокого давления, которая через клапан 11 сообщается с трубой ударных волн. На другом конце ударной трубы нахо-

НАША

возникла наука о космическом магнетизме анкета

В различных областях ионосферы и внешней атмосферы под действием космических частиц, направляемых геомагнитным полем, развиваются мощные электродинамические процессы: магнитно-ионосферные возмущения, быстрые пульсации электромагнитного поля Земли, полярные сияния и т. д.

Теперь уже получены чрезвычайно важные результаты, относящиеся к изучению космических магнитных полей. Так, магнитометр третьего искусственного спутника показал, что большая Во-сточно-Сибирская магнитная аномалия, которая ранее связывалась с корой Земли в этом районе, имеет более глубокие источники, вероятно ядро Земли. Первая советская космическая ракета позволила обнаружить на расстоянии примерно 20 тыс. км от Земли значительную магнитную аномалию, действие которой на магнитометр обнаруживалось до расстояния 40 тыс. км. Наконец вторая лунная ракета обнаружила отсутствие магнитного поля Луны. Это важнейшие научные открытия, которые кладут собой начало науки о магнитных полях в космосе и в окрестности Земли. Учение о магнитном поле Земли становится, таким образом, частью общей науки о космическом магнетизме.

При дальнейших исследованиях магнитного поля Луны представляется целесообразным устанавливать на ракетах более чувствительные магнитометры, например ядерные, с чувствительностью в 1 гамму, а также попытаться направить ракеты внутрь крупных лунных кратеров, где можно предполагать или наличие застывших лав, обладающих слабой остаточной намагниченностью, или метеоритного железа.

А. Г. КАЛАШНИКОВ, профессор, доктор физ.-мат. неук, вице-президент Международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии

37