Rus nükleer römorkörü "Zeus" hakkında - Venüs'ten Jüpiter'e

Uzay aracını hareket ettirmek için nükleer enerji kullanma fikri 1960'larda Kurchatov, Korolev ve ayrıca Keldysh tarafından dile getirildi. Ve bu yönde çalışmalar yapıldı: Sovyet örgütü Energia, yörüngede çalışabilecek bir nükleer tesis tasarladı.


Birliğin dağılmasının ardından, bir uzay aracı için nükleer motor oluşturulması konusu 2010 yılında ele alınmaya başlandı. Programın adı atom enerjisiyle çalışan bir gemi olan "Nuklon" - "Zeus" idi. Buna genellikle “nükleer römorkör” denir. Model ilk kez MAKS 2019 salonunda halka tanıtıldı. Ordu-2020 fuarında ise römorkörün nasıl çalışacağı üç boyutlu grafiklerle anlatıldı ve gösterildi.

Derin uzay araştırmaları için neler gereklidir?

Mevcut hızlandırma cihazları, asıl sorunu hızlı tüketimi olan kimyasal yakıt kullanıyor. Yörüngeye ulaşmak için çok büyük tanklara sahip olmanız gerekir. Hızlanan roket, kalan yakıtı manevra için kullanarak kendi başına daha da uçar. Bu durumda kaçan gazların hızı 4,5 km/sn'ye ulaşır.


Doğru, ek ivme elde etmek için alışılmadık bir yöntem var. Yerçekimi sistemi uzay aracını "itecek" bir gezegene yakın uçmaktan bahsediyoruz. Ancak bu yöntem oldukça karmaşıktır, hassas hesaplamalar gerektirir ve uçuş süresini belirli bir hedefe kadar artırır. Ayrıca yer çekimi ivmesi yöntemi her zaman uygun değildir.

İyon motorları - fark nedir?

Burada bir elektrik alanında bulunan çalışma sıvısı (cıva buharı, ksenon, argon), kimyasal yakıtların ürettiği gaz akışlarından çok daha hızlı hızlanır. İyon motoru, uzay aracını 210 km/sn hıza çıkarabilme kapasitesine sahiptir. Daha az çalışma sıvısına ihtiyaç duyulur ve inert gazlar çok daha uzun süre çalışabilir.


Ayrıca bir eksi var - nispeten düşük çekiş gücü. Bununla birlikte, iyon motorlarının muazzam mesafelerini ve etki sürelerini hesaba katarsak, sonunda kimyasal motorlardan daha etkili olacaklardır.

Nükleer römorkör nasıl çalışır?

Uzay aracını güvenilir ve hızlı kılmak için üzerine aynı anda birkaç ünite kurmak mantıklıdır. Ancak burada bir sorun ortaya çıkıyor: İyonlaşma için büyük miktarda enerji gerekiyor. Güneş panelleri bu kadar elektrik üretemeyecek. Ayrıca paneller güneşten uzaklaştıkça etkinliğini kaybedecektir.


Soruna bir çözüm bulundu: Cihazda ayrı bir modülde yer alacak bir nükleer reaktör başlatmanız gerekiyor. Sistem Dünya'daki gibi çalışmalıdır. Isı üretilir ve bu daha sonra türbinler aracılığıyla elektriğe dönüştürülür. İyon motorlarına enerji sağlayacak.


Bunun aynı zamanda bir dezavantajı da var - yavaş (kimyasal birimlerle karşılaştırıldığında) hız artışı. Örneğin iyon motorlu bir gemi, şu anda kullanımda olan cihazlar kadar hızlı bir şekilde uydumuza ulaşamayacaktır. Ancak yanınızda büyük miktarda yakıt "taşımanıza" gerek kalmayacak.


Bu, nükleer reaktöre sahip bir geminin sonuçta Mars gibi uzak gezegenlere daha hızlı ulaşacağı anlamına geliyor. Üstelik yakıt ikmali yapmadan Dünya'ya dönebilecek. Örneğin Starship roketleri (SpaseX) için benzer bir seçenek imkansızdır: bu cihazlar kimyasal yakıtla çalışır ve yörüngede veya gezegende doldurulmaları gerekir.

Isı dağıtımı ve donanım

Bu da halen çözülmekte olan başka bir sorundur. Uzayda aşırı ısıdan kurtulmak yalnızca radyasyon yoluyla gerçekleşir. Asıl soru, binlerce kW enerji üretirken sözde sıfırlamak zorunda kalacak olan radyatörün boyutlarıdır. düşük dereceli ısı. İki seçenek var. Birincisi, yüksek sıcaklıklarda yayıcının küçük boyutları anlamına gelir. İkinci "versiyonda" her şey tam tersidir: nispeten düşük ısıtma ile radyatörün boyutunun arttırılması gerekir. İkinci durumda, hesaplamalar yayıcının bir futbol sahası büyüklüğünde olacağını gösteriyor!


Elektrik “tedarikçisinin” onlarca yıl kesintisiz olarak faaliyet göstermesi gerekiyor. Bu bağlamda sürtünmeyle çalışan mekanik sistemlerin güvenilirliği sorusu ortaya çıktı. Zorlu alan koşullarında dönecek, uzun ömürlü rulmanlar bulmak oldukça sorunludur. Sonuç olarak, metal parçaların sürtünmesini önlemek için manyetik (muhtemelen gaz) temassız tipte destekler içeren bir seçeneğe karar verdik.

Zeus nereye ve nasıl uçacak?

Başlangıçta cihazı Dünya'da monte etmek istediler, ancak daha sonra bunu yörüngede yapmanın daha karlı olacağına karar verdiler. Toplam kütlesi 20 ton olacak; yedisi nükleer reaktör ağırlığında olacak, bir tonu yakıt olarak kullanılacak ve 10 bin kg'ı da faydalı yük için ayrılacak.


Daha sonra “Zeus” (esasen bir taşıma-enerji modülü, TEM) test ediliyor ve reaktör çalışmaz durumdayken bir fırlatma aracıyla 800 km yükseklikte bir yörüngeye fırlatılıyor. Yüzlerce yıl üzerinde kalabilir. Daha sonra gerekli tüm unsurlar ortaya çıkar ve nükleer zincirleme reaksiyon başlatılır.


Daha sonra bilimsel ekipman ve yakıt - inert gaz içeren modül ile yörüngeye yerleştirme gerçekleştirilir. Bir sarmalda çözülen kompleks, ikinci bir kozmik hız kazanır ve gerekirse hızlanarak Dünya'dan belirlenen hedefe doğru uçar.


Nükleer tesisten elde edilen enerji on yıl dayanacak, gücü 300-1000 kW. Bu, örneğin Jüpiter'e uçmak ve başka bir modüle kenetlenebileceği Dünya yörüngesine geri dönmek için yeterlidir.


Zeus'un önce uzay kompleksini Ay'a çekeceği ve orada küçük bir uzay aracını yörüngede bırakacağı varsayılıyor. Daha sonra römorkör Venüs'e ve ardından Jüpiter'in uydularından birine gidecek. Görevin tamamı elli ay sürecek.

Batı'da

Tarih açısından da durum benzerdir. Uzayda çalışabilecek nükleer tesislerin araştırma ve tasarımı 1970'li yıllara kadar devam etti. Sonra - 2010'larda araştırmanın duraklaması ve yeniden başlaması. NASA, Kilopower adında bir nükleer enerji santralinin prototipini yarattı.


Reaktörün Ay ve Mars'ta kullanılacağı varsayılmıştı. Ancak Amerikan istasyonu Zeus'unkinden 100 kat daha az bir tasarım gücüne sahiptir.


Ayrıca DRACO'nun (Savunma Bakanlığı'na bağlı bir araştırma kuruluşu) nükleer ramjet motorlu bir roket yaratma projesi de var. Ancak Rusya Federasyonu'nda geliştirilen kurulumla karşılaştırıldığında daha az etkilidir. Amerikalı fizikçi Ibrahimi ve şirketinin de projeleri var Helisite Uzayı. Hazırlık açısından, 2030'da uçması beklenen Rus cihazından önemli ölçüde daha düşükler.

Bugün ne

Haziran 2022'nin sonunda Roscosmos'un başkanı D. Rogozin, Zeus üzerinde çalışmaya devam etmek için mali desteğin 2024 yılına kadar yeterli olacağını duyurdu. O geldi; geriye kalan tek şey, henüz mevcut olmayan haberleri beklemek.