Радиоизотопные ракеты или радиоизотопная тепловая ракета представляет собой тип теплового ракетного двигателя , который использует тепло , генерируемое при распаде радиоактивных элементов для нагрева рабочей жидкости , который затем выходит через сопло ракеты для получения тяги . По своей природе они похожи на ядерные тепловые ракеты, такие как NERVA , но значительно проще и часто не имеют движущихся частей. В качестве альтернативы, радиоактивные изотопы могут быть использованы в электрической ракете радиоизотопов , [1] , в котором энергии от ядерного распада используются для выработки электроэнергии , используемой для питанияэлектрическая силовая установка .
Основная идея заключается в развитии существующих систем радиоизотопных термоэлектрических генераторов или РИТЭГов, в которых тепло, выделяемое при распаде ядерного топлива, используется для выработки электроэнергии. В ракетном применении генератор снимается, а рабочая жидкость используется для непосредственного создания тяги. В этой системе возможны температуры примерно от 1500 до 2000 ° C, что дает удельные импульсы примерно от 700 до 800 секунд (от 7 до 8 кН · с / кг), что примерно вдвое больше, чем у лучших химических двигателей, таких как LH2 - LOX Space. Главный двигатель челнока .
Однако количество энергии, вырабатываемой такими системами, обычно довольно низкое. В то время как полная «активная» реакторная система ядерной тепловой ракеты может генерировать более гигаватта, радиоизотопный генератор может получить 5 кВт. Это означает, что конструкция, будучи высокоэффективной, может обеспечивать уровни тяги от 1,3 до 1,5 Н, что делает их полезными только для двигателей. Чтобы увеличить мощность для миссий средней продолжительности, в двигателях обычно используется топливо с коротким периодом полураспада, такое как Po-210 , в отличие от типичного РИТЭГа, который будет использовать топливо с длительным периодом полураспада, такое как плутоний , чтобы производить более постоянную мощность в течение более длительных периодов времени. Также был предложен элемент с еще более коротким периодом полураспада - фермий . [2]
Еще один недостаток использования радиоизотопов в ракетах - невозможность изменить рабочую мощность. Радиоизотоп постоянно выделяет тепло, которое необходимо безопасно рассеивать, когда он не нагревает топливо. С другой стороны, реакторы можно дросселировать или останавливать по желанию.
Развитие технологий
Компания TRW поддерживала довольно активную программу разработки, известную как Poodle, с 1961 по 1965 год, и сегодня эти системы все еще часто называют двигателями Poodle . Название было игрой на более крупных системах, разрабатываемых в рамках Project Rover , что привело к созданию NERVA. В апреле 1965 года они проработали свой испытательный двигатель в течение 65 часов при температуре около 1500 ° C, создав удельный импульс от 650 до 700 секунд (от 6,5 до 7 кН · с / кг).
Фотонное давление
Даже без выхлопа фотонное давление энергии, испускаемой тепловым источником, может создавать тягу, хотя и очень маленькую. Известным примером тяги космического корабля из-за давления фотонов была аномалия Pioneer , в которой фотоны от бортового радиоизотопного источника вызывали крошечное, но измеримое ускорение космического корабля Pioneer.
Аналогичное явление произошло на космическом корабле New Horizons ; фотоны (тепловое инфракрасное излучение) от РИТЭГа, отраженные от антенны космического корабля, создавали очень небольшую тягу, которая немного сбивала космический корабль с курса. [3]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Шмидт, Джордж R .; Манзелла, Дэвид Х .; Камхави, Хани; Кремич, Тибор; Олесон, Стивен Р .; Данканич, Джон В .; Дудзинский, Леонард А. (1 февраля 2010 г.). «Радиоизотопная электрическая двигательная установка (РЭП): ближайший подход к ядерной двигательной установке». Acta Astronautica . 66 (3): 501–507. DOI : 10.1016 / j.actaastro.2009.07.006 .
- ^ Документ совещания AIAA, в котором фермий, полоний и плутоний сравниваются как источники энергии [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ New Horizons Официальный сайт статья упоминая тяги от РТГ
Внешние ссылки
- Исследование, опубликованное на заседании AIAA, по сравнению двигателей Poodle с химическим (водород / фтор) вариантом для силовой установки верхней ступени [ постоянная мертвая связь ]
- Патент США 3315471; Радиоизотопный ракетный двигатель прямого цикла; 1967; Ли, Дейли Чарльз, Вердес, Estates Palos
- Патент США 3306045; Радиоизотопная ракета; 1967; Буфорд младший, Уильям Х. Томас младший, Артур Н.