Ядерні двигуни відкритого типу. Атомний космічний двигун
Сучасні ракетні двигуни непогано справляються із завданням виведення техніки на орбіту, але непридатні для тривалих космічних подорожей. Тому вже не перший десяток років вчені працюють над створенням альтернативних космічних двигунів, які б розганяли кораблі до рекордних швидкостей. Давайте розглянемо сім основних ідей із цієї галузі.
EmDrive
Щоб рухатися, треба від чогось відштовхнутися – це правило вважається одним із непорушних стовпів фізики та космонавтики. Від чого конкретно відштовхуватися – від землі, води, повітря чи реактивного струменя газу, як у випадку ракетних двигунів – не так важливо.
Добре відомий уявний експеримент: уявіть, що космонавт вийшов у відкритий космос, але трос, що зв'язує його з кораблем, несподівано порвався і людина починає повільно відлітати геть. Все, що має, – це ящик з інструментами. Які його дії? Правильна відповідь: йому потрібно кидати інструменти убік від корабля. Згідно із законом збереження імпульсу, людину відкине від інструмента рівно з тією ж силою, з якою і інструмент від людини, тому вона поступово переміщатиметься до корабля. Це і є реактивна потяг - єдиний можливий спосіб рухатися в порожньому космічному просторі. Щоправда, EmDrive, як свідчать експерименти, має деякі шанси це непорушне твердження спростувати.
Автор цього двигуна - британський інженер Роджер Шаер, який заснував власну компанію Satellite Propulsion Research в 2001 році. Конструкція EmDrive дуже екстравагантна і є формою металеве відро, запаяне з обох кінців. Усередині цього відра розташований магнетрон, що випромінює електромагнітні хвилі, – такий самий, як у звичайній мікрохвильовій печі. І його виявляється достатньо, щоб створювати дуже маленьку, але цілком помітну потяг.
Сам автор пояснює роботу свого двигуна через різницю тиску електромагнітного випромінювання у різних кінцях "відра" – у вузькому кінці воно менше, ніж у широкому. Завдяки цьому створюється потяг, спрямований у бік вузького кінця. Можливість такої роботи двигуна неодноразово заперечувалась, але в усіх експериментах установка Шаєра показує наявність тяги в передбачуваному напрямку.
Серед експериментаторів, які випробували "відро" Шаєра, такі організації, як NASA, Технічний університет Дрездена та Китайська академія наук. Винахід перевіряли в різних умовах, у тому числі і у вакуумі, де воно показало наявність тяги в 20 мікроньютонів.
Це дуже мало щодо хімічних реактивних двигунів. Але, враховуючи те, що двигун Шаєра може працювати як завгодно довго, тому що не потребує запасу палива (роботу магнетрону можуть забезпечувати сонячні батареї), потенційно він здатний розганяти космічні кораблі до величезних швидкостей, що вимірюються у відсотках від швидкості світла.
Щоб повністю довести працездатність двигуна, необхідно провести ще безліч вимірів і позбавитися побічних ефектів, які можуть породжуватись, наприклад, зовнішніми магнітними полями. Проте вже висуваються й альтернативні можливі пояснення аномальної тяги двигуна Шаєра, яка загалом порушує звичні закони фізики.
Наприклад, висуваються версії, що двигун може створювати тягу завдяки взаємодії з фізичним вакуумом, який на квантовому рівні має ненульову енергію і заповнений віртуальними елементарними частинками, що постійно народжуються і зникають. Хто в результаті виявиться правий – автори цієї теорії, сам Шаєр чи інші скептики, ми дізнаємося у найближчому майбутньому.
Сонячне вітрило
Як говорилося вище, електромагнітне випромінювання чинить тиск. Це означає, що теоретично його можна перетворювати на рух – наприклад, за допомогою вітрила. Аналогічно тому, як кораблі минулих століть ловили у свої вітрила вітер, космічний корабель майбутнього ловив би у свої вітрила сонячне чи будь-яке інше зоряне світло.
Проблема, однак, у тому, що тиск світла вкрай низький і зменшується зі збільшенням відстані від джерела. Тому, щоб бути ефективним, такий вітрило повинен мати дуже малу вагу та дуже велику площу. А це збільшує ризик руйнування всієї конструкції під час зустрічі з астероїдом чи іншим об'єктом.
Спроби будівництва та запуску сонячних вітрильників у космос вже мали місце – 1993 року тестування сонячного вітрила на кораблі "Прогрес" провела Росія, а 2010 року успішні випробування на шляху до Венери здійснила Японія. Але ще жоден корабель не використовував вітрило як основне джерело прискорення. Дещо перспективніше в цьому відношенні виглядає інший проект - електричне вітрило.
Електричне вітрило
Сонце випромінює як фотони, а й електрично заряджені частинки речовини: електрони, протони і іони. Всі вони формують так званий сонячний вітер, який щомиті забирає з поверхні світила близько одного мільйона тонн речовини.
Сонячний вітер поширюється на мільярди кілометрів та відповідальний за деякі природні явища на нашій планеті: геомагнітні бурі та північне сяйво. Земля від сонячного вітру захищається з допомогою власного магнітного поля.
Сонячний вітер, як і повітряний вітер, цілком придатний для подорожей, треба лише змусити його дмухати в вітрила. Проект електричного вітрила, створений у 2006 році фінським ученим Пеккою Янхуненом, зовні має мало спільного із сонячним. Цей двигун складається з кількох довгих тонких тросів, схожих на спиці колеса без обода.
Завдяки електронній гарматі, що випромінює проти напрямку руху, ці троси набувають позитивного зарядженого потенціалу. Оскільки маса електрона приблизно 1800 разів менше, ніж маса протона, то створювана електронами тяга нічого очікувати відігравати принципову роль. Не важливі для такого вітрила та електрони сонячного вітру. А ось позитивно заряджені частинки – протони та альфа-випромінювання – відштовхуватимуться від тросів, створюючи тим самим реактивну тягу.
Хоча цей потяг буде приблизно в 200 разів меншим, ніж такий у сонячного вітрила, зацікавило Європейське космічне агентство. Справа в тому, що електричне вітрило набагато простіше сконструювати, зробити, розгорнути та експлуатувати в космосі. Крім того, за допомогою гравітації вітрило дозволяє також подорожувати до джерела зоряного вітру, а не лише від нього. Оскільки площа поверхні такого вітрила набагато менше, ніж у сонячного, то для астероїдів і космічного сміття він вразливий куди менше. Можливо, перші експериментальні кораблі на електричному вітрилі ми побачимо вже наступні кілька років.
Іонний двигун
Потік заряджених частинок речовини, тобто іонів, випромінюють не лише зірки. Іонізований газ можна створити і штучно. У звичайному стані частинки газу електрично нейтральні, але коли його атоми або молекули втрачають електрони, вони перетворюються на іони. У загальній своїй масі такий газ все ще не має електричного заряду, але його окремі частинки стають зарядженими, а отже, можуть рухатися в магнітному полі.
В іонному двигуні інертний газ (зазвичай використовується ксенон) іонізується за допомогою високоенергетичних потоків електронів. Вони вибивають електрони з атомів, і ті набувають позитивного заряду. Далі іони прискорюються в електростатичному полі до швидкостей близько 200 км/с, що в 50 разів більше, ніж швидкість витікання газу з хімічних реактивних двигунів. Проте сучасні іонні двигуни мають дуже маленьку тягу – близько 50–100 мільйонів. Такий двигун не зміг би навіть зрушити зі столу. Але він має серйозний плюс.
Великий питомий імпульс дозволяє значно скоротити витрати палива у двигуні. Для іонізації газу використовується енергія, отримана від сонячних батарей, тому іонний двигун здатний працювати дуже довго – три роки без перерви. За такий термін він встигне розігнати космічний апарат до швидкостей, які хімічним двигунам не снилися.
Іонні двигуни вже не раз борознили простори Сонячної системи у складі різних місій, але зазвичай як допоміжні, а не основні. Сьогодні як про можливу альтернативу іонним двигунам все частіше говорять про плазмові двигуни.
Плазмовий двигун
Якщо ступінь іонізації атомів стає високою (близько 99%), такий агрегатний стан речовини називається плазмою. Досягти стану плазми можна лише за високих температур, у плазмових двигунах іонізований газ розігрівається до кількох мільйонів градусів. Розігрів здійснюється за допомогою зовнішнього джерела енергії – сонячних батарей або, що реальніше, невеликого ядерного реактора.
Гаряча плазма потім викидається через сопло ракети, створюючи тягу в десятки разів більшу, ніж у іонному двигуні. Одним із прикладів плазмового двигуна є проект VASIMR, який розвивається ще з 70-х років минулого століття. На відміну від іонних двигунів, плазмові в космосі ще не були випробувані, але з ними пов'язують великі надії. Саме плазмовий двигун VASIMR є одним із основних кандидатів для пілотованих польотів на Марс.
Термоядерний двигун
Приборкати енергію термоядерного синтезу люди намагаються з середини ХХ століття, але поки що це зробити так і не вдалося. Проте керований термоядерний синтез все одно дуже привабливий, адже це джерело величезної енергії, що отримується з досить дешевого палива – ізотопів гелію та водню.
На даний момент існує декілька проектів конструкції реактивного двигуна на енергії термоядерного синтезу. Найперспективнішою з них вважається модель на основі реактора з магнітним утриманням плазми. Термоядерний реактор у такому двигуні буде негерметичною циліндричною камерою розміром 100-300 метрів у довжину і 1-3 метри в діаметрі. У камеру подається паливо у вигляді високотемпературної плазми, яка при достатньому тиску вступає в реакцію ядерного синтезу. Котушки магнітної системи, що розташовані навколо камери, повинні утримувати цю плазму від контакту з обладнанням.
Зона термоядерної реакції розташовується вздовж осі такого циліндра. За допомогою магнітних полів екстремально гаряча плазма відбувається через сопло реактора, створюючи величезну тягу, набагато більшу, ніж у хімічних двигунів.
Двигун на антиматерії
Вся навколишня речовина складається з ферміонів - елементарних частинок з напівцілим спином. Це, наприклад, кварки, у тому числі складаються протони і нейтрони в атомних ядрах, і навіть електрони. При цьому кожен ферміон має свою античастинку. Для електрона такий виступає позитрон, для кварку – антикварк.
Античастинки мають ту ж масу і той же спин, що і їх звичайні "товариші", відрізняючись знаком усіх інших квантових параметрів. Теоретично античастинки здатні становити антиречовину, але досі ніде у Всесвіті антиречовина не зареєстрована. Для фундаментальної науки є питання, чому його немає.
Але в лабораторних умовах можна отримати кілька антиречовини. Наприклад, нещодавно було проведено експеримент порівняно властивостей протонів та антипротонів, які зберігалися в магнітній пастці.
При зустрічі антиречовини та звичайної речовини відбувається процес взаємної анігіляції, що супроводжується виплеском колосальної енергії. Так, якщо взяти за кілограм речовини та антиречовини, то кількість виділеної при їх зустрічі енергії буде порівнянна з вибухом "Цар-бомби" - найпотужнішої водневої бомби в історії людства.
Причому значна частина енергії у своїй виділиться як фотонів електромагнітного випромінювання. Відповідно виникає бажання використовувати цю енергію для космічних переміщень шляхом створення фотонного двигуна, схожого на сонячне вітрило, тільки в даному випадку світло буде генеруватися внутрішнім джерелом.
Але щоб ефективно використати випромінювання в реактивному двигуні, необхідно вирішити завдання створення "дзеркала", яке було б здатне ці фотони відобразити. Адже кораблю якимось чином треба відштовхнутися, щоби створити тягу.
Ніякий сучасний матеріал просто не витримає народженого у разі подібного вибуху випромінювання і миттєво випарується. У своїх фантастичних романах брати Стругацькі вирішили цю проблему шляхом створення "абсолютного відбивача". У реальному житті нічого подібного поки що зробити не вдалося. Це завдання, як і питання створення великої кількості антиречовини та її тривалого зберігання – справа фізики майбутнього.
Ядерний ракетний двигун - ракетний двигун, принцип дії якого заснований на ядерній реакції або радіоактивному розпаді, при цьому виділяється енергія, що нагріває робоче тіло, яким можуть служити продукти реакцій або якась інша речовина, наприклад водень. Існує кілька різновидів ракетних двигунів, які використовують вищеописаний принцип дії: ядерний, радіоізотопний, термоядерний. Використовуючи ядерні ракетні двигуни, можна отримати значення питомого імпульсу значно вищі за ті, які можуть дати хімічні ракетні двигуни. Високе значення питомого імпульсу пояснюється швидкістю закінчення робочого тіла - близько 8-50 км/с. Сила тяги ядерного двигуна можна порівняти з показниками хімічних двигунів, що дозволить у майбутньому замінити всі хімічні двигуни на ядерні.
Основною перешкодою на шляху повної заміни є радіоактивне забруднення навколишнього середовища, яке завдають ядерні ракетні двигуни.
Їх поділяють на два типи – твердо- та газофазні. У першому типі двигунів речовина, що ділиться, розміщується в збірках-стрижнях з розвиненою поверхнею. Це дозволяє ефективно нагрівати газоподібне робоче тіло, зазвичай як робоче тіло виступає водень. Швидкість закінчення обмежена максимальною температурою робочого тіла, яка, у свою чергу, безпосередньо залежить від максимально допустимої температури елементів конструкції, а вона не перевищує 3000 К. У газофазних ядерних ракетних двигунах речовина, що ділиться, знаходиться в газоподібному стані. Його утримання у робочій зоні здійснюється у вигляді впливу електромагнітного поля. Для цього типу ядерних ракетних двигунів елементи конструкції є стримуючим фактором, тому швидкість закінчення робочого тіла може перевищувати 30 км/с. Можуть бути використані як двигуни першого ступеня, незважаючи на витік речовини, що ділиться.
У 70-х роках. XX ст. у США та Радянському Союзі активно випробовувалися ядерні ракетні двигуни з речовиною, що ділиться в твердій фазі. У США розроблялася програма створення досвідченого ядерного ракетного двигуна в рамках програми NERVA.
Американцями був розроблений графітовий реактор, що охолоджується рідким воднем, який нагрівався, випаровувався та викидався через ракетне сопло. Вибір графіту був зумовлений його температурною стійкістю. За цим проектом питомий імпульс отриманого двигуна повинен був удвічі перевищувати відповідний показник, характерний для хімічних двигунів, при тязі 1100 кН. Реактор Nerva повинен був працювати у складі третього ступеня ракети-носія «Сатурн V», але у зв'язку із закриттям місячної програми та відсутністю інших завдань для ракетних двигунів цього класу реактор так і не був випробуваний на практиці.
В даний час у стадії теоретичної розробки знаходиться газофазний ядерний ракетний двигун. У газофазному ядерному двигуні мається на увазі використовувати плутоній, газовий струмінь, що повільно рухається, якого оточена більш швидким потоком охолоджуючого водню. На орбітальних космічних станціях СВІТ і МКС проводилися експерименти, які можуть дати поштовх подальшому розвитку газофазних двигунів.
Сьогодні можна сказати, що Росія трохи «заморозила» свої дослідження в галузі ядерних рухових установок. Робота російських вчених більше орієнтована на розробку та вдосконалення базових вузлів та агрегатів ядерних енергорухових установок, а також їх уніфікацію. Пріоритетним напрямом подальших досліджень у цій галузі є створення ядерних енергорухових установок, здатних працювати у двох режимах. Першим є режим ядерного ракетного двигуна, а другим - режим установки електроенергії, що генерує, для живлення апаратури, встановленої на борту космічного апарату.
Радянські та американські вчені розробляли ракетні двигуни на ядерному паливі із середини XX століття. Далі прототипів та одиничних випробувань ці розробки не просунулися, але зараз єдина ракетна рухова установка, яка використовує ядерну енергію, створюється у Росії. "Реактор" вивчив історію спроб впровадження ядерних ракетних двигунів.
Коли людство тільки почало підкорювати космос, перед вченими постало завдання енергозабезпечення космічних апаратів. Дослідники звернули увагу на можливість використання ядерної енергії у космосі, створивши концепцію ядерного ракетного двигуна. Такий двигун мав використовувати енергію поділу чи синтезу ядер до створення реактивної тяги.
У СРСР вже 1947 року розпочалися роботи зі створення ядерного ракетного двигуна. У 1953 році радянські фахівці зазначали, що «використання атомної енергії дозволить отримати практично необмежені дальності та різко знизити політну вагу ракет» (цитата за виданням «Ядерні ракетні двигуни» за редакцією А.С. Коротєєва, М, 2001). Тоді рухові установки на ядерній енергії призначалися насамперед для оснащення балістичних ракет, тому інтерес уряду до розробок був більшим. Президент США Джон Кеннеді в 1961 році назвав національну програму створення ракети з ядерним ракетним двигуном (Project Rover) одним з чотирьох пріоритетних напрямків у завоюванні космосу.
Реактор KIWI, 1959 рік. Фото: NASA.
Наприкінці 1950-х американські вчені створили реактори KIWI. Вони багато разів були випробувані, розробники зробили багато модифікацій. Часто при випробуваннях відбувалися невдачі, наприклад, одного разу сталося руйнування активної зони двигуна і виявився великий витік водню.
На початку 1960-х як у США, так і в СРСР були створені передумови для реалізації планів створення ядерних ракетних двигунів, але кожна країна йшла своєю дорогою. США створювали багато конструкцій твердофазних реакторів для таких двигунів та випробовували їх на відкритих стендах. СРСР вів відпрацювання тепловиділяючої збірки та інших елементів двигуна, готуючи виробничу, випробувальну, кадрову базу для ширшого «наступу».
Схема ЯРД NERVA. Ілюстрація: NASA.
У США вже в 1962 році президент Кеннеді заявив, що «ядерна ракета не буде застосовуватися в перших польотах на Місяць», тому варто спрямовувати кошти, які виділяються на освоєння космосу, на інші розробки. На рубежі 1960-1970-х були випробувані ще два реактори (PEWEE у 1968 році та NF-1 у 1972 році) у рамках програми NERVA. Але фінансування було зосереджено на місячній програмі, тому програма США створення ядерних двигунів скорочувалася обсягом, й у 1972 року було закрито.
Фільм NASA для ядерного реактивного двигуна NERVA.
У Радянському Союзі розробки ядерних ракетних двигунів тривали до 1970-х років, а керувала ними найвідоміша нині тріада вітчизняних вчених-академіків: Мстислав Келдиш, Ігор Курчатов та . Вони оцінювали можливості створення та застосування ракет з ядерними двигунами досить оптимістично. Здавалося, що ось-ось і СРСР запустить таку ракету. Пройшли вогневі випробування на Семипалатинському полігоні – у 1978 році відбувся енергетичний пуск першого реактора ядерного ракетного двигуна 11Б91 (або РД-0410), потім ще дві серії випробувань – другого та третього апаратів 11Б91-ІР-100. Це були перші та останні радянські ядерно-ракетні двигуни.
М.В. Келдиш та С.П. Корольов у гостях у І.В. Курчатова, 1959 р.
Кожні кілька років який-небудь
новий підполковник відкриває собі «Плутон».
Після цього він дзвонить до лабораторії,
щоб дізнатися про подальшу долю ядерного ПВРД.
Модна нині тема, але мені здається, що набагато цікавішим є ядерний прямоточний повітряно-реактивний двигун, адже йому не треба тягати з собою робоче тіло.
Припускаю, що у посланні Президента йшлося саме про нього, але чомусь усі сьогодні почали постити про ЯРД?
Зберу я тут усе в одному місці. Цікаві думки, скажу я вам, з'являються, коли вчитаєшся в тему. І дуже незручні питання.
Прямоточний повітряно-реактивний двигун (ПВРД; англомовний термін – ramjet, від ram – таран) – реактивний двигун, є найпростішим у класі повітряно-реактивних двигунів (ВРД) за пристроєм. Належить до типу ВРД прямої реакції, в яких тяга створюється виключно за рахунок реактивного струменя, що витікає з сопла. Необхідне для роботи двигуна підвищення тиску досягається рахунок гальмування зустрічного потоку повітря. ПВРД непрацездатний при низьких швидкостях польоту, тим більше при нульовій швидкості, для виведення його на робочу потужність необхідний той чи інший прискорювач.
У другій половині 1950-х років, в епоху холодної війни, у США та СРСР розроблялися проекти ПВРД із ядерним реактором. 
Автор фото: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg
Джерелом енергії цих ПВРД (на відміну інших ВРД) не хімічна реакція горіння палива, а тепло, вироблене ядерним реактором в камері нагрівання робочого тіла. Повітря з вхідного пристрою в такому ПВРД проходить через активну зону реактора, охолоджуючи його, нагрівається сам до робочої температури (близько 3000 К), а потім спливає зі сопла зі швидкістю, порівнянною зі швидкостями закінчення найдосконаліших хімічних ЖРД. Можливе призначення літального апарату з таким двигуном:
- міжконтинентальна крилата ракета-носій ядерного заряду;
- Одноступінчастий повітряно-космічний літак.
В обох країнах було створено компактні малоресурсні ядерні реактори, які вписувалися в габарити великої ракети. У за програмами досліджень ядерного ПВРД «Pluto» і «Tory» 1964 року було проведено стендові вогневі випробування ядерного прямоточного двигуна «Tory-IIC» (режим повної потужності 513 МВт протягом п'яти хвилин із тягою 156 кН). Льотні випробування не проводилися, програму було закрито у липні 1964 року. Однією з причин закриття програми є вдосконалення конструкції балістичних ракет з хімічними ракетними двигунами, які цілком забезпечили вирішення бойових завдань без застосування схем із порівняно дорогими ядерними ПВРД.
Про другу в російських джерелах зараз не прийнято говорити...
У проекті «Плутон» мала використовуватися тактика польоту на низьких висотах. Ця тактика забезпечувала скритність від радарів системи ППО СРСР.
Для досягнення швидкості, на якій працював би прямоточний повітряно-реактивний двигун, Плутон повинен був із землі запускатися за допомогою пакету звичайних ракетних прискорювачів. Запуск ядерного реактора розпочинався лише після того, як «Плутон» досягав висоти крейсерського польоту і досить віддалявся від населених районів. Ядерний двигун, що дає практично необмежений радіус дії, дозволяв ракеті літати над океаном колами, чекаючи наказу переходу на надзвукову швидкість до мети в СРСР.
Ескізний проект SLAM
Було ухвалено рішення провести статичне випробування повномасштабного реактора, що призначався для прямоточного двигуна.
Оскільки після запуску реактор «Плутона» ставав надзвичайно радіоактивним, його доставка на місце випробувань здійснювалася спеціально побудованою повністю автоматизованою залізничною лінією. По даній лінії реактор переміщатиметься на відстань приблизно двох миль, які розділяли стенд статичних випробувань та масивну «демонтажну» будівлю. У будівлі «гарячий» реактор демонтувався для проведення обстеження за допомогою обладнання дистанційно керованого. Вчені з Лівермору спостерігали за процесом випробувань за допомогою телевізійної системи, яка розміщувалася в жерстяному ангарі далеко від випробувального стенду. Про всяк випадок ангар обладнався протирадіаційним укриттям із двотижневим запасом їжі та води.
Тільки щоб забезпечити постачання бетону необхідного для будівництва стін демонтажної будівлі (товщина складала від шести до восьми футів), уряд Сполучених Штатів придбав цілу шахту.
Мільйони фунтів стисненого повітря зберігалися в трубах, що використовуються в нафтовидобуванні, загальною довжиною 25 миль. Дане стиснене повітря передбачалося використовувати для імітації умов, у яких прямоточний двигун виявляється під час польоту на крейсерській швидкості.
Щоб забезпечити у системі високий повітряний тиск, лабораторія запозичила з підводних човнів (Гротон, шт. Коннектикут) гігантські компресори.
Для проведення тесту, під час якого установка працювала на повній потужності протягом п'яти хвилин, потрібно проганяти тонну повітря через сталеві цистерни, які заповнювалися більш ніж 14 млн. сталевих кульок, діаметром 4 см. Дані цистерни нагрівалися до 730 градусів за допомогою нагрівальних елементів, у яких спалювали нафту.
Встановлений на залізничній платформі, Торі-2С готовий до успішних випробувань. Травень 1964 року
14 травня 1961 р. інженери та вчені, які перебувають в ангарі, звідки керувався експеримент, затримали подих — перший у світі ядерний прямоточний реактивний двигун, змонтований на яскраво-червоній залізничній платформі, сповістив про своє народження гучним ревом. Торі-2А запустили лише на кілька секунд, під час яких він не розвивав своєї номінальної потужності. Проте вважалося, що тест був успішним. Найважливішим стало те, що реактор не спалахнув, чого вкрай побоювалися деякі представники комітету з атомної енергетики. Майже відразу після випробувань Меркл приступив до робіт зі створення другого реактора «Торі», який мав велику потужність за меншої маси.
Роботи по Торі-2B далі креслярської дошки не просунулися. Замість нього ліверморці одразу збудували Торі-2C, який порушив безмовність пустелі через три роки після випробувань першого реактора. Через тиждень цей реактор був знову запущений і пропрацював на повній потужності (513 мегават) протягом п'яти хвилин. Виявилося, що радіоактивність вихлопу значно менша за очікувану. На цих випробуваннях також були присутні генерали ВПС та чиновники з комітету з атомної енергетики.
У цей час замовників із Пентагону, які фінансували проект «Плутон», почали долати сумніви. Оскільки ракета запускалася з території США і летіла над територією американських союзників на малій висоті, щоб уникнути виявлення системами ППО СРСР, деякі військові стратеги замислилися — а чи ракета не загрожуватиме? Ще до того, як ракета «Плутон» скине бомби на супротивника, вона спочатку оглушить, розчавить і навіть опромінить союзників. (Очікувалося, що від Плутона, що пролітає над головою, рівень шуму на землі становитиме близько 150 децибелів. Для порівняння — рівень шуму ракети, що відправила американців на Місяць (Сатурн-5), на повній тязі склала 200 децибелів). Зрозуміло, розірвані барабанні перетинки були б найменшою проблемою, якби ви опинилися під оголеним реактором, що пролітає над вашою головою, який засмажив би вас як курча гамма- і нейтронним випромінюванням.
Торі-2C
Хоча творці ракети стверджували, що «Плутон» спочатку за своєю суттю також невловимий, військові аналітики висловлювали подив — як щось таке галасливе, гаряче, велике та радіоактивне може залишатися непоміченим протягом часу, який необхідний виконання завдання. У той же час військово-повітряні сили США вже почали розгортати балістичні ракети «Атлас» і «Титан», які були здатні досягти цілей на кілька годин раніше, ніж літаючий реактор, і протиракетна система СРСР, страх перед якою став основним поштовхом для створення «Плутона» , так і не стала для балістичних ракет на заваді, незважаючи на успішно проведені випробувальні перехоплення. Критики проекту вигадали власну розшифровку абревіатури SLAM — slow, low, and messy — повільно, низько та брудно. Після успішних випробувань ракети «Полярис» флот, який спочатку проявляв інтерес до використання ракет для пусків з підводних човнів або кораблів, також почав покидати проект. І нарешті вартість кожної ракети становила 50 мільйонів доларів. Раптом «Плутон» став технологією, якої не можна знайти додатки, зброєю, яка не мала відповідних цілей.
Однак останнім цвяхом у труну «Плутона» стало лише одне питання. Він настільки оманливо простий, що можна вибачити ліверморців за те, що вони свідомо йому не приділили уваги. Де проводити льотні випробування реактора? Як переконати людей у тому, що під час польоту ракета не втратить управління та не полетить над Лос-Анджелесом чи Лас-Вегасом на малій висоті?» — питав фізик Ліверморської лабораторії Джим Хедлі, який до кінця працював над проектом «Плутон». В даний час він займається виявленням ядерних випробувань, які проводяться в інших країнах, для підрозділу Z. За визнанням самого Хедлі, не було жодних гарантій, що ракета не вийде з-під контролю і не перетвориться на Чорнобиль, що літає.
Було запропоновано кілька варіантів вирішення цієї проблеми. Одне з них - запуск Плутона біля острова Уейк, де ракета літала б, нарізуючи вісімки над частиною океану, що належить Сполученим Штатам. "Гарячі" ракети передбачалося затоплювати на глибині 7 кілометрів в океані. Однак навіть тоді, коли комісія з атомної енергетики схиляла думку людей думати про радіацію як безмежне джерело енергії, пропозиції скидати безліч забруднених радіацією ракет в океан було цілком достатньо, щоб роботи призупинили.
1 липня 1964 р, через сім років і шість місяців з початку робіт, проект «Плутон» закрили комісія з атомної енергетики та військово-повітряних сил.
За словами Хедлі, кожні кілька років якийсь новий підполковник військово-повітряних сил відкриває для себе «Плутон». Після цього він дзвонить до лабораторії, щоб дізнатися про подальшу долю ядерного ПВРД. Ентузіазм у підполковників зникає відразу після того, як Хедлі розповідає про проблеми з радіацією та льотними випробуваннями. Більше одного разу ніхто Хедлі не дзвонив.
Якщо когось захоче повернути до життя «Плутон», то, можливо, йому вдасться знайти кількох новобранців у Ліверморі. Проте їх багато не буде. Ідею того, що могло стати пекельною божевільною зброєю, краще залишити в минулому.
Технічні характеристики ракети SLAM:
Діаметр - 1500 мм.
Довжина - 20000 мм.
Маса – 20 тонн.
Радіус дії – не обмежений (теоретично).
Швидкість на рівні моря – 3 Махи.
Озброєння - 16 термоядерних бомб (потужність кожної 1 мегатонна).
Двигун - ядерний реактор (потужність 600 мегават).
Система наведення - інерційна + TERCOM.
Максимальна температура обшивки – 540 градусів Цельсія.
Матеріал планера – високотемпературна, нержавіюча сталь Рене 41.
Товщина обшивки – 4 – 10 мм.
Тим не менш, ядерний ПВРД перспективний як рухова система для одноступінчастих повітряно-космічних літаків та швидкісної міжконтинентальної важкої транспортної авіації. Цьому сприяє можливість створення ядерного ПВРД, здатного працювати на дозвукових та нульових швидкостях польоту в режимі ракетного двигуна, використовуючи бортові запаси робочого тіла. Тобто, наприклад, повітряно-космічний літак з ядерним ПВРД стартує (у тому числі злітає), подаючи в двигуни робоче тіло з бортових (або підвісних) баків і вже досягнувши швидкостей від М = 1, переходить на використання атмосферного повітря.
Як заявив президент РФ В. В. Путін, на початку 2018 року «відбувся успішний пуск крилатої ракети з ядерною енергоустановкою». При цьому, на його думку, дальність такої крилатої ракети "необмежена".
Цікаво, а в якому регіоні проводилися випробування та чому їх провушехлопіли відповідні служби моніторингу за ядерними випробуваннями. Чи все-таки осінній викид рутенію-106 в атмосфері якось пов'язаний із цими випробуваннями? Тобто. челябинців не лише присипали рутенією, а ще й підсмажили?
А куди впала ця ракета? Простіше кажучи, де розбили ядерний реактор? На якому полігоні? На Новій Землі?
**************************************** ********************
А тепер трохи шануємо про ядерні ракетні двигуни, хоча це зовсім інша історія
Ядерний ракетний двигун (ЯРД) - різновид ракетного двигуна, що використовує енергію поділу або синтезу ядер для створення реактивної тяги. Бувають рідинними (нагрів рідкого робочого тіла в нагрівальній камері від ядерного реактора та виведення газу через сопло) та імпульсно-вибуховими (ядерні вибухи малої потужності при рівному проміжку часу).
Традиційний ЯРД в цілому є конструкцією з нагрівальної камери з ядерним реактором як джерелом тепла, системи подачі робочого тіла і сопла. Робоче тіло (як правило водень) подається з бака в активну зону реактора, де, проходячи через нагріті реакцією ядерного розпаду канали, розігрівається до високих температур і потім викидається через сопло, створюючи реактивну тягу. Існують різні конструкції ЯРД: твердофазний, рідкофазний і газофазний - відповідні агрегатного стану ядерного палива в активній зоні реактора - тверде, розплав або високотемпературний газ (або навіть плазма). 
Іст. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546
РД-0410 (Індекс ГРАУ - 11Б91, відомий також як "Іргіт" та "ІР-100") - перший і єдиний радянський ядерний ракетний двигун 1947-78 р.р. Був розроблений у конструкторському бюро "Хімавтоматика", Воронеж.
У РД-0410 було застосовано гетерогенний реактор на теплових нейтронах. Конструкція включала 37 тепловиділяючих збірок, покритих теплоізоляцією, що відокремлювала їх від сповільнювача. Проектом передбачалося, що потік водню спочатку проходив через відбивач і сповільнювач, підтримуючи їх температуру на рівні кімнатної, а потім надходив в активну зону, де нагрівався при цьому до 3100 К. На стенді відбивач і сповільнювач охолоджувалися окремим потоком водню. Реактор пройшов значну серію випробувань, але жодного разу не відчував повну тривалість роботи. Нереакторні вузли були відпрацьовані повністю.
********************************
А це американський ядерний ракетний двигун. Його схема була на великій картинці 
Автор: NASA - Great Images in NASA Description, Громадське надбання, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378
NERVA (англ. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) - спільна програма Комісії з атомної енергії США та НАСА зі створення ядерного ракетного двигуна (ЯРД), що тривала до 1972 року.
NERVA продемонстрував, що ЯРД цілком працездатний і підходить для дослідження космосу, і в кінці 1968 SNPO підтвердив, що новітня модифікація NERVA, NRX/XE, відповідає вимогам для пілотованого польоту на Марс. Хоча двигуни NERVA були побудовані і випробувані максимально можливою мірою і вважалися готовими до встановлення на космічний апарат, більша частина американської космічної програми була скасована адміністрацією президента Ніксона.
NERVA була оцінена AEC, SNPO та НАСА як високоуспішна програма, що досягла або навіть перевищила свої цілі. Головна мета програми полягала у «створенні технічної бази для систем ядерних ракетних двигунів, які будуть використовуватись у розробці та розвитку рухових установок для космічних місій». Практично всі космічні проекти, які використовують ЯРД, ґрунтуються на конструкціях NERVA NRX або Pewee.
Марсіанські місії спричинили занепад NERVA. Члени Конгресу з обох політичних партій вирішили, що пілотований політ на Марс буде мовчазним зобов'язанням Сполучених Штатів протягом десятиліть підтримувати дорогу космічну гонку. Щорічно програма RIFT затримувалась і цілі NERVA ускладнювалися. Зрештою, хоча двигун NERVA пройшов багато успішних випробувань і мав потужну підтримку Конгресу, він ніколи не залишав Землю.
У листопаді 2017 року Китайська корпорація аерокосмічної науки та техніки (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опублікувала дорожню карту розвитку космічної програми КНР на період 2017-2045 років. Вона передбачає, зокрема, створення багаторазового корабля, який працює на ядерному ракетному двигуні.
Часто в загальноосвітніх публікаціях про космонавтику не розрізняють різницю між ядерним ракетним двигуном (ЯРД) та ядерною ракетною електродвигуною установкою (ЯЕДУ). Однак під цими абревіатурами ховається не тільки різниця в принципах перетворення ядерної енергії в силу тяги ракети, а й драматична історія розвитку космонавтики.
Драматизм історії полягає в тому, що якби зупинені головним чином з економічних причин дослідження ЯДУ та ЯЕДУ як у СРСР, так і в США продовжилися, то польоти людини на марс давно вже стали б звичайною справою.
Все починалося з атмосферних літальних апаратів із прямоточним ядерним двигуном
Конструктори в США та СРСР розглядали «дихаючі» ядерні установки, здатні втягувати забортне повітря та розігрівати його до колосальних температур. Ймовірно, цей принцип утворення тяги був запозичений від прямоточних повітряно-реактивних двигунів, тільки замість ракетного палива використовувалася енергія поділу атомних ядер діоксиду урану 235.У США такий двигун розроблявся у рамках проекту Pluto. Американці зуміли створити два прототипи нового двигуна - Tory-IIA та Tory-IIC, на яких навіть проводилися включення реакторів. Потужність установки мала скласти 600 мегават.
Двигуни, розроблені в рамках проекту Pluto, планувалося встановлювати на крилаті ракети, що у 1950-х роках створювалися під позначенням SLAM (Supersonic Low Altitude Missile, надзвукова маловисотна ракета).
У США планували побудувати ракету довжиною 26,8 метра, діаметром три метри, і масою 28 тонн. У корпусі ракети мав розташовуватися ядерний боєзаряд, і навіть ядерна рухова установка, має довжину 1,6 метри і діаметр 1,5 метра. На тлі інших розмірів установка виглядала досить компактною, що пояснює її прямоточний принцип роботи.
Розробники вважали, що завдяки ядерному двигуну дальність польоту ракети SLAM складе щонайменше 182 тисячі кілометрів.
1964 року міністерство оборони США проект закрило. Офіційною причиною стало те, що в польоті крилата ракета з ядерним двигуном дуже забруднює все навколо. Але насправді причина полягала у значних витратах на обслуговування таких ракет, тим більше на той час бурхливо розвивалося ракетобудування на основі рідинних реактивних ракетних двигунів, обслуговування яких було значно дешевше.
СРСР залишалася вірною ідеї створення ЯРД прямоточної конструкції значно довше, ніж США, закривши проект лише 1985 року. Але й результати вийшли значно вагоміше. Так, перший та єдиний радянський ядерний ракетний двигун був розроблений у конструкторському бюро «Хімавтоматика», Воронеж. Це РД-0410 (Індекс ГРАУ – 11Б91, відомий також як «Ірбіт» та «ІР-100»).
У РД-0410 був застосований гетерогенний реактор на теплових нейтронах, сповільнювачем служив гідрид цирконію, відбивачі нейтронів - з берилію, ядерне паливо - матеріал на основі карбідів урану та вольфраму, зі збагаченням за ізотопом 235 близько 80%.
Конструкція включала 37 тепловиділяючих збірок, покритих теплоізоляцією, що відокремлювала їх від сповільнювача. Проектом передбачалося, що потік водню спочатку проходив через відбивач і сповільнювач, підтримуючи їх температуру на рівні кімнатної, а потім надходив в активну зону, де охолоджував тепловиділяючі зборки, нагріваючись при цьому до 3100 К. На стенді відбивач і сповільнювач охолоджувалися окремим потіком.
Реактор пройшов значну серію випробувань, але жодного разу не відчував повну тривалість роботи. Однак поза реакторні вузли були відпрацьовані повністю.
Технічні характеристики РД 0410
Тяга у порожнечі: 3,59 тс (35,2 кН)
Теплова потужність реактора: 196 МВт
Питома імпульс тяги в порожнечі: 910 кгс · с / кг (8927 м / с)
Число включень: 10
Ресурс роботи: 1 год
Компоненти палива: робоче тіло - рідкий водень; допоміжна речовина - гептан.
Маса з радіаційним захистом: 2 тонни
Габарити двигуна: висота 3,5м, діаметр 1,6м.
Відносно невеликі габаритні розміри та вага, висока температура ядерного палива (3100 K) за ефективної системи охолодження потоком водню свідчить про те, що РД0410 є майже ідеальним прототипом ЯРД для сучасних крилатих ракет. А, враховуючи сучасні технології отримання ядерного палива, що самозупиняється, збільшення ресурсу з години до декількох годин є цілком реальним завданням.
Конструкції ядерних ракетних двигунів
Ядерний ракетний двигун (ЯРД) - реактивний двигун, в якому енергія, що виникає при ядерній реакції розпаду або синтезу, нагріває робоче тіло (найчастіше водень або аміак).Існує три типи ЯРД за видом палива для реактора:
- твердофазний;
- рідкофазний;
- газофазний.
У газофазних ЯРД паливо (наприклад, уран) та робоче тіло знаходиться у газоподібному стані (у вигляді плазми) та утримується в робочій зоні електромагнітним полем. Нагріта до десятків тисяч градусів уранова плазма передає тепло робочому тілу (наприклад, водню), яке, своєю чергою, нагріте до високих температур і утворює реактивний струмінь.
За типом ядерної реакції розрізняють радіоізотопний ракетний двигун, термоядерний ракетний двигун і ядерний двигун (використовується енергія поділу ядер).
Цікавим варіантом також є імпульсний ЯРД – як джерело енергії (пального) пропонується використовувати ядерний заряд. Такі установки можуть бути внутрішнього та зовнішнього типів.
Основними перевагами ЯРД є:
- високий питомий імпульс;
- значний енергозапас;
- компактність рухової установки;
- можливість отримання дуже великої тяги - десятки, сотні та тисячі тонн у вакуумі.
- потоки проникаючої радіації (гама-випромінювання, нейтрони) при ядерних реакціях;
- винесення високорадіоактивних сполук урану та його сплавів;
- витікання радіоактивних газів з робочим тілом.
Ядерне енергорухове встановлення
Враховуючи, що будь-яку достовірну інформацію про ЯЕДУ з публікацій, у тому числі і з наукових статей, отримати неможливо, принцип роботи таких установок найкраще розглядати на прикладах відкритих патентних матеріалів, що хоч і містять ноу-хау.Так, наприклад, видатним російським вченим Коротєєвим Анатолієм Сазоновичем, автором винаходу за патентом, наведено технічне рішення щодо складу обладнання для сучасної ЯРДУ. Далі наводжу частину зазначеного патентного документа дослівно та без коментарів.
Сутність запропонованого технічного рішення пояснюється схемою, що на кресленні. ЯЕДУ, що функціонує в рухово-енергетичному режимі, містить електроракетну рухову установку (ЕРДУ) (на схемі для прикладу представлено два електроракетні двигуни 1 і 2 з відповідними системами подачі 3 і 4), реакторну установку 5, турбіну 6, компресор 7, генератор 8 теплообмінник-рекуператор 9, вихрову трубку Ранка-Хільша 10 холодильник-випромінювач 11. При цьому турбіна 6, компресор 7 і генератор 8 об'єднані в єдиний агрегат - турбогенератор-компресор. ЯЕДУ оснащена трубопроводами 12 робочого тіла та електричними лініями 13, що з'єднують генератор 8 та ЕРДУ. Теплообмінник-рекуператор 9 має так звані високотемпературний 14 і низькотемпературний входи 15 робочого тіла, а також високотемпературний 16 і низькотемпературний 17 виходи робочого тіла.Посилання:Вихід реакторної установки 5 з'єднаний з входом турбіни 6, вихід турбіни 6 з'єднаний з високотемпературним входом 14 теплообмінника-рекуператора 9. Низькотемпературний вихід 15 теплообмінника-рекуператора 9 з'єднаний з входом у вихрову трубку Ранка-Хільша 10. Вихрова трубка1 один з яких (по «гарячому» робочому тілу) з'єднаний з холодильником-випромінювачем 11, а інший (по «холодному» робочому тілу) з'єднаний з входом компресора 7. Вихід холодильника-випромінювача 11 також з'єднаний з входом в компресор 7. Вихід компресора 7 з'єднаний з низькотемпературним входом 15 в теплообмінник-рекуператор 9. Високотемпературний вихід 16 теплообмінника-рекуператора 9 з'єднаний з входом в реакторну установку 5. Таким чином, основні елементи ЯЕДУ пов'язані між собою єдиним контуром робочого тіла.
ЯЕДУ працює в такий спосіб. Нагріте в реакторній установці 5 робоче тіло направляється на турбіну 6, яка забезпечує роботу компресора 7 і 8 генератора турбогенератора-компресора. Генератор 8 виробляє генерацію електричної енергії, яка електричними лініями 13 направляється до електроракетних двигунів 1 і 2 та їх систем подачі 3 і 4, забезпечуючи їх роботу. Після виходу з турбіни 6 робоче тіло направляється через високотемпературний вхід 14 теплообмінник-рекуператор 9, де здійснюється часткове охолодження робочого тіла.
Потім, з низькотемпературного виходу 17 теплообмінника-рекуператора 9 робоче тіло направляється в вихрову трубку Ранка-Хільша 10, всередині якої відбувається поділ потоку робочого тіла на гарячу і холодну складові. «Гаряча» частина робочого тіла далі йде холодильник-випромінювач 11, де відбувається ефективне охолодження цієї частини робочого тіла. «Холодна» частина робочого тіла слід на вхід у компресор 7, туди слід після охолодження частина робочого тіла, що виходить з холодильника-випромінювача 11.
Компресор 7 виробляє подачу охолодженого робочого тіла в теплообмінник-рекуператор 9 через низькотемпературний вхід 15. Це охолоджене робоче тіло в теплообміннику-рекуператорі 9 забезпечує часткове охолодження зустрічного потоку робочого тіла, що надходить у теплообмінник-4 рекуператор. частково підігріте робоче тіло (за рахунок теплообміну з зустрічним потоком робочого тіла з турбіни 6) з теплообмінника-рекуператора 9 через високотемпературний вихід 16 знову надходить до реакторної установки 5 цикл знову повторюється.
Таким чином, єдине робоче тіло, що знаходиться в замкнутому контурі, забезпечує безперервну роботу ЯЕДУ, причому використання в складі ЯЕДУ вихрової трубки Ранка-Хільша відповідно до заявляється технічним рішенням забезпечує поліпшення масогабаритних характеристик ЯЕДУ, підвищує надійність її роботи, спрощує її конструктивну схему. ефективність ЯЕДУ загалом.
