Независимый бостонский альманах

Физика крылатой атомной ракеты (обзор)

03-03-2018
    • В истории уже существовали  разработки крылатых ракет с прямоточным ядерным воздушным двигателем: это ракета SLAM (она же Плутон)в США с реактором TORY-II (1959 г.),  концепт Avro Z-59 в Великобритании, проработки в СССР.
    • Коснемся принципа работы ракеты с атомным реактором.Говорим только о прямоточном ядерном двигателе, который как раз и имелся в виду в выступлении Путина в его рассказе о крылатой ракете с неограниченной дальностью полета и полной неуязвимостью.Атмосферный воздух в этой ракете нагревается ядерной сборкой до высоких температур и с большой скоростью выбрасывается из сопла сзади. Испытывался в России (в 60-х) и у американцев (с 1959 г.). Имеет два существенных недостатка: 1. Смердит как та же ядреная бомба, так что за время полета засрёт всё на траектории. 2. В тепловом диапазоне смердит так, что из космоса его увидит даже северокорейский спутник на радиолампах. Соответственно и грохнуть такую летающую керосинку можно вполне себе уверенно.
      Так что показанные в Манеже мультики  ввергли в недоумение, перерастающее в беспокойство по поводу здоровья (умственного) режиссера этой фигни.
      В советское время такие картинки (плакатики и прочие утехи для генералов) называли "чебурашками".

      В общем это  обычная схема прямоточки, осесимметричная с обтекаемым центральным телом и обечайкой. Форма центрального тела такова, чтобы за счет скачков уплотнения на входе воздух сжимался (рабочий цикл запускается на скорости 1 М и выше, до которой разгон за счет стартового ускорителя на обычном твердом топливе);
      - внутри центрального тела ядерный источник тепла с монолитной АЗ;
      - центральное тело скреплено с оболочкой 12-16 пластинчатыми радиаторами, куда от АЗ тепловыми трубами отводится тепло. Радиаторы находятся в зоне расширения перед соплом;
      - материал радиаторов и центрального тела, например, ВНДС-1, сохраняющий конструктивную прочность до 3500 К в пределе;
      - нагреваем его для верности до 3250 К. Воздух, обтекая радиаторы, нагревается и охлаждает их. Далее он проходит через сопло, создавая тягу;
      - для охлаждения обечайки до приемлемых температур -- вокруг нее строим эжектор, который заодно увеличивает тягу на 30-50%.

      Капсулированный монолитный блок ЯЭУ можно либо устанавливать в корпус перед пуском, либо держать до пуска в докритическом состоянии, а ядерную реакцию запускать при необходимости. Как конкретно -- не знаю, это инженерная задача (а значит, поддающаяся решению). Так это явно оружие первого удара, это к бабке не ходи.
      Капсулированный блок ЯЭУ можно сделать таким, чтобы он гарантированно не разрушался при ударе в случае аварии. Да, он получится тяжелым -- но он получится тяжелым в любом случае.

      Для выхода на гиперзвук понадобиться отводить совершенно неприличную плотность энергии в единицу времени на рабочее тело. С вероятностью 9/10 существующие материалы на длинных периодах времени (часы/дни/недели) такое не потянут, скорость деградации будет - бешеная.

      Да и вообще, среда там будет агрессивная. Защита от излучения - тяжелая, иначе все датчики/электронику можно на свалку сразу (желающие могут вспомнить Фукусиму и вопросы: "а почему роботам убирать не поручили?").

      И т.д... "Светиться" подобный вундервафль будет знатно. Как передавать на него управляющие команды (если там все напрочь экранировать) - непонятно.

      Коснемся достоверно созданных ракет с ядерной энергетической установкой - американской разработки - ракеты SLAM  с реактором TORY-II (1959).

      Вот этот двигатель с реактором:

      slam

      Концепт SLAM  был трехмаховым низколетящей ракетой внушительных габаритов и массы (27 тонн, 20+ тонн после сброса стартовых ускорителей). Страшно затратный низколетящий сверхзвук позволял по максимуму использовать наличие практически не ограниченного источника энергии на борту, кроме того, важной чертой ядерного воздушного реактивного двигателя является улучшения кпд работы (термодинамического цикла) при росте скорости, т.е. та же идея, но на скоростях в 1000 км/ч имела бы гораздо более тяжелый и габаритный двигатель. Наконец, 3М на высоте в сотню метров в 1965 году означало неуязвимость для ПВО.

      slam1

      Двигатель TORY-IIC. Твэлы в активно зоне представляю собой шестигранные полые трубки из UO2, покрытые защитной керамической оболочкой, собранные в инкалоевых ТВС.

      Получается, что раньше концепция Крылатой Ракеты с ЯЭУ "завязывалась" на высокой скорости, где преимущества концепции были сильными, а конкуренты с углеводородным топливом ослабевали.

    • Ролик о старой американской ракете SLAM

  • Показанная же на презентации Путина ракета околозвуковая или слабосверхзвуковая (если, конечно, верить, что на видео именно она). Но при этом габарит реактора уменьшился значительно по сравнению с TORY-II от ракеты SLAM, где он составлял аж 2 метра включая радиальный отражатель нейтронов из графита.slam2Схема ракеты SLAM. Все приводы пневматические, аппаратура управления находится в капсуле, ослабляющей излучение.

    Можно ли вообще уложить реактор в диаметр 0,4-0,6 метра? Начнем с принципиально минимального реактора - болванки из Pu239. Хороший пример реализации такой концепции - космический реактор Kilopower, где, правда, используется U235. Диаметр активной зоны реактора всего 11 сантиметров! Если перейти на плутоний 239 размеры АЗ упадут еще в 1,5-2 раза.
    Теперь от минимального размера мы начнем шагать к реальном ядерному воздушному реактивному двигателю, вспоминая про сложности. Самым первым к размеру реактора добавляется размер отражателя - в частности в Kilopower BeO утраивает размеры. Во-вторых мы не можем использовать болванку U или Pu - они элементарно сгорят в потоке воздуха буквально через минуту. Нужна оболочка, например из инкалоя, который противостоит мгновенному окислению до 1000 С или других никелевых сплавов с возможным покрытием керамикой. Внесение большого количества материала оболочек в АЗ сразу в несколько раз увеличивает необходимое количество ядерного топлива - ведь "непродуктивное" поглощение нейтронов в АЗ теперь резко выросло!
    Более того, металлическая форма U или Pu теперь не годится - эти материалы и сами не тугоплавкие (плутоний вообще плавится при 634 С), так еще и взаимодействуют с материалом металлических оболочек. Переводим топливо в классическую форму UO2 или PuO2 - получаем еще одно разбавление материала в АЗ, теперь уже кислородом.

    Наконец, вспоминаем предназначение реактора. Нам нужно прокачивать через него много воздуха, которому мы будем отдавать тепло. примерно 2/3 пространства займут "воздушные трубки". В итоге минимальный диаметр АЗ вырастает до 40-50 см (для урана), а диаметр реактора с 10-сантиметровым бериллиевым отражателем до 60-70 см.

    Воздушный ядерный реактивный двигатель можно впихнуть в ракету диаметром около метра, что впрочем, все же не кардинально больше озвученных 0,6-0,74 м, но все же настораживает.

    Так или иначе, ЯЭУ будет иметь мощность ~несколько мегаватт, питаемые   ~10^16 распадов в секунду. Это означает, что сам реактор будет создавать радиационное поле в несколько десятков тысяч рентген у поверхности, и до тысячи рентген вдоль всей ракеты. Даже установка нескольких сот кг секторной защиты не сильно снизит эти уровни, т.к. нейтронны и гамма-кванты будут отражаться от воздуха и "обходить защиту".  За несколько часов такой реактор наработает ~10^21-10^22 атомов продуктов деления c  активностью в несколько (несколько десятков) петабеккерелей который и после остановки создадут фон в несколько тысяч рентген возле реактора. Конструкция ракеты будет активирована до примерно 10^14 Бк, хотя изотопы будут в основном бета-излучателями и опасны только тормозным рентгеном. Фон от самой конструкции может достигать десятки рентген на расстоянии 10 метров от корпуса ракеты.

    Все эти сложности дают представление, что и разработка и испытания подобной ракеты - задача на грани возможного. Необходимо создать целый набор радиационно-стойкого навигационного и управляющего оборудования, испытать это все довольно комплексным образом (радиация, температура, вибрации - и все это на статистику). Летные испытания с работающим реактором в любой момент могут превратиться в радиационную катастрофу с выбросом от сотен террабеккерелей до единиц петабеккерелей.  Даже без катастрофических ситуаций весьма вероятная разгерметизация отдельных твэлов и выброс радионуклидов.
    Из за всех этих сложностей американцы отказались от ракеты с ядерным двигателем SLAM в 1964 г.

    Конечно, в России до сих пор есть Новоземельский полигон на котором можно проводить такие испытания, однако это будет противоречить духу договора о запрещении испытаний ядерного оружия в трех средах (запрещение вводилось с целью недопущения планомерного загрязнения атмосферы и океана радинуклидами).

    Наконец, интересно, кто в РФ мог бы заниматься разработкой подобного реактора. Традиционно изначально высокотемпературными реакторами занимался Курчатовский институт (общее проектирование и расчеты), Обнинский ФЭИ (экспериментальная отработка и топливо), НИИ "Луч" в Подольске (топливо и технологии материалов). Позже к проектированию подобных машин подключается коллектив НИКИЭТ (например реакторы ИГР и ИВГ - прообразы активной зоны ядерного ракетного двигателя РД-0410). Сегодня НИКИЭТ обладает коллективом конструкторов, которые выполняют работы по проектированию реакторов (высокотемпературный газоохлаждаемый РУГК, быстрые реакторы МБИР, БРЕСТ), а ФЭИ и "Луч" продолжают заниматься сопутствующими расчетами и технологиями соотвественно. Курчатовский институт же в последние десятилетия больше перешел к теории ядерных реакторов.

    Резюмируя, можно сказать, что создание крылатой ракеты с воздушным реактивным двигателеям с ЯЭУ является в целом выполнимой задачей, но одновременно крайне дорогой и сложной, требующей значимой мобилизации людских и финансовых ресурсов, как мне кажется в большей степени, чем все остальные озвученные проекты ("Сармат", "Кинжал", "Статус-6", "Авангард"). Очень странно, что эта мобилизация не оставила ни малейшего следа. А главное, совершенно непонятно, в чем польза от получения подобных образцов вооружений (на фоне имеющихся носителей), и как они могут перевесить многочисленные минусы - вопросы радиционной безопасности, дороговизны, несовместимости с договорами о сокращении стратегических вооружений.

    Малогабаритный реактор разрабатывается с 2010 года, об этом докладывал Кириенко в Госдуме. Предполагалось, что его установят на космический аппарат с ЭРД для полетов к Луне и Марсу и испытают на орбите в этом году.
    Очевидно, что для крылатых ракет и подводных лодок используется аналогичное устройство.

    Да, ставить атомный движок можно, и успешные 5 минутные испытания 500 мегаватного движка, сделанные в штатах много лет назад для крылатой ракеты с рам джетом для скорости 3 маха это, в общем-то, это подтвердили (проект Плуто). Стендовые испытания, понятно (движок "обдували" подготовленным воздухом нужного давления/температуры). Только вот зачем? Существующих (и проектируемых) балличтических ракет достаточно для ядерного паритета. Зачем создавать потенциально более опасное (для "своих") в использовании (и тестировании) оружие? Даже в проекте Плуто подразумевалось, что над своей территорией такая ракета летит на значительной высоте, снижаясь на под-радарные высоты только близко к территории противника. Не очень хорошо находиться рядом с незащищенным 500 мегаватным воздушно охлаждаемым урановым реактором про температуре материалов более 1300 цельсиев. Правда, упомянутые ракеты (если они действительно разрабатываются) будут меньшей мощности чем Плутон (Slam).
    Ролик-анимация 2007 г., выданный в презентации Путина за показ новейшей крылатой ракеты с атомной энергетической установкой.

    Возможно, все это подготовка к северо корейскому варианту шантажа. Мы перестанем разрабатывать наше опасное оружие - а вы с нас снимаете санкции.
    Что за неделя - китайский босс пробивает пожизненное правление, российский грозит всему миру.

    Обзор по материалам знатоков из социальных сетей подготовил Валерий Лебедев

Комментарии
  • нет - 04.03.2018 в 01:28:
    Всего комментариев: 7
    что,трухнули, империалисты проклятые? Это вам не заград пошлины вводить:))))
    Рейтинг комментария: Thumb up 21 Thumb down 47
    • nstrelch - 05.03.2018 в 06:28:
      Всего комментариев: 20
      Да уж, Трам плачет и просит прощения, в Пентагоне паника, словом караул
      Рейтинг комментария: Thumb up 41 Thumb down 6
    • anatrik - 06.03.2018 в 08:18:
      Всего комментариев: 79
      нет, а чего ты здесь сидишь, не боишься что путин вдарит?
      Рейтинг комментария: Thumb up 4 Thumb down 9
    • аркаша - 07.03.2018 в 14:15:
      Всего комментариев: 2
      Путин не тот мужик чтобы пиликать, выборы он и так выйграет , хотя помнится , что он с трибуны вещал перегнать по ввп Португалию и создать 25 мил раб мест в экономике.Я Показать продолжение
      Рейтинг комментария: Thumb up 7 Thumb down 5
  • Nik Raucher - 04.03.2018 в 05:28:
    Всего комментариев: 1
    вспоминается: "все вокруг г..ны, один я белый воздушный шарик" потому что они все строят ракеты на гос. предприятиях, а я только пишу разоблачения на ресурсах Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 6 Thumb down 15
  • Просто зритель - 04.03.2018 в 07:49:
    Всего комментариев: 303
    Шоу с подрывом башен ВТЦ цифровыми самолётами было убедительнее.
    Рейтинг комментария: Thumb up 5 Thumb down 10
  • Иван Домбровский - 04.03.2018 в 11:21:
    Всего комментариев: 16
    Эти аппараты будут использоваться исключительно в случае ядерной войны, поэтому болтовня о "пэтабеккерелях" и десятках(!) рентген никакого смысла не Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 9 Thumb down 32
  • beobachter - 05.03.2018 в 21:03:
    Всего комментариев: 52
    Путлер выдал атомный самолёт за инновацию, аудитория съела с энтузиазмом. Жалко, что на Новой Земле радиоактивный беспредел.
    Рейтинг комментария: Thumb up 7 Thumb down 7
  • Юрий Кирпичев - 06.03.2018 в 00:37:
    Всего комментариев: 592
    Только что в Якутии создана еще одна иллюстрация к блефу Путина: ракета из коронного российского материала - навоза.
    Рейтинг комментария: Thumb up 25 Thumb down 7
    • redactor - 06.03.2018 в 06:57:
      Всего комментариев: 416
      Навоз очень полезный продукт. И не так-то просто иметь его качественным. Был у нас когда-то автор Сергей..... Он описал один эпизод из работы Госснаба (он там тогда Показать продолжение
      Рейтинг комментария: Thumb up 20 Thumb down 2
  • Леонид Андреич - 07.03.2018 в 06:48:
    Всего комментариев: 2
    Будем читать этот бред столетней давности, пока Путин не распорядится рассказать широким массам трудящихся про ХЯС. ..Танец маленьких лебедей, однако..
    Рейтинг комментария: Thumb up 6 Thumb down 11
  • Vallu - 07.03.2018 в 11:44:
    Всего комментариев: 21
    Клим Ворошилов: «Советский народ не только умеет, но и любит воевать!»
    Рейтинг комментария: Thumb up 5 Thumb down 1
  • аркаша - 07.03.2018 в 14:22:
    Всего комментариев: 2
    Народ у нас хороший такие вещи может создавать.Только вот прожиточный минимум и пенсия в 10 тыс из которых 3 за комуналку отдать.Люди как тот осёл бегущий за Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 1 Thumb down 7
    • khyum - 09.03.2018 в 00:23:
      Всего комментариев: 82
      Неплохо! Народ хороший, но осёл.
      Рейтинг комментария: Thumb up 2 Thumb down 1
  • khyum - 08.03.2018 в 17:35:
    Всего комментариев: 82
    Э, нет! Не чебурашками, а мурзилками. А сопли для врагов полезны....
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 11
  • Андрей197ххх - 13.03.2018 в 04:27:
    Всего комментариев: 2
    Лично Я очень рад. На конец то обделались пиндосня и вашинггеи!!!! Драть этих чморей до нижнего клапана, или до верхнего уж кому как нравится. Главное не Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 3 Thumb down 13
  • Андрей197ххх - 13.03.2018 в 04:57:
    Всего комментариев: 2
    Народ конечно пока в ж@пе!!! Но ПРЕДАТЕЛЕЙ казнокрадов так быстро не извести, и внешних "ПАРТНЕРОВ" без увесистых АРГУМЕНТОВ не успокоить. На щелчок пальцев как Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 2 Thumb down 7
  • ow@pisem.net - 14.03.2018 в 05:33:
    Всего комментариев: 356
    Какая разница - есть этот ещё один монстр или нет? Разве того, что есть - недостаточно? А скорее всего это просто пиар для собственных недоразвитых граждан. Вот это Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 2 Thumb down 2
  • Denis - 05.04.2018 в 22:08:
    Всего комментариев: 1
    В конце 50-х годов прошлого века начали разрабатываться крылатые ракеты с мощными жидкостными ракетными двигателями, позволяющими добиться значительного прироста Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 0
  • Evgen - 17.04.2018 в 17:05:
    Всего комментариев: 1
    В конце 50-х годов прошлого века начали разрабатываться крылатые ракеты с мощными жидкостными ракетными двигателями, позволяющими добиться значительного прироста Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 0
  • Egor - 26.04.2018 в 00:48:
    Всего комментариев: 1
    Демонстрация испытания российской крылатой ракеты неограниченной дальности с ядерной энергетической установкой во время трансляции послания президента РФ Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 0 Thumb down 1

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?