Nuklearni deja vu: postoji li nuklearna raketa

Nuklearni otisak

Problem dosega Sjedinjenih Država do SSSR-a, okružen sa svih strana američkim bazama, pojavio se odmah nakon završetka Drugog svjetskog rata. Američki i britanski strateški nuklearni bombarderi stacionirani su oko ne zbog mitske obrane protiv međunarodnih terorista, već posebno za napad na Sovjetski Savez. Klasični sovjetski bombarderi nisu mogli stići do Sjedinjenih Država sa sovjetskih uzletišta: ovo je zahtijevalo domet od najmanje 16 000 km. Za poraz udaljenih ciljeva u Sjedinjenim Državama i slobodno odabir staze leta zaobići područja protuzračne obrane, bio je potreban domet od 25 000 km. Samo zrakoplov s nuklearnim elektranama mogao bi je pružati u nadzvučnom načinu.

Mlazni motor. nuklearni

Danas se takvi projekti čine nevjerojatnima, a ranih 1950-ih taj zadatak nije bio teži od postavljanja reaktora u podmornice: obojica su imali gotovo neograničen domet. Zrakoplovi su dobili zadatak da dizajniraju Dizajn biro Tupolev i Myasishchev, a "specijalne motore" - Arkhip Lyulka Design Bureau.

368 meta za nuklearno oružje za ubijanje četvrtine kineskog stanovništva (izvor: New York Times)

Po dizajnu, turbo-reaktivni motor s atomskim reaktorom (TRDA) vrlo je sličan uobičajenom turbo-mlaznom motoru (TRD). Samo ako se potisak turbojezijskog motora stvara širenjem vrućih plinova kada gori kerozin, tada se u turbojetničkom motoru zrak zagrijava prolazeći kroz reaktor. Aktivna zona zrakoplovnog nuklearnog reaktora sa toplinskim neutronima regrutovana je iz keramičkih gorivnih elemenata, u kojima su postojali uzdužni šesterokutni kanali za prolazak zagrijanog zraka. Procijenjeni potisak motora koji se razvija trebao je iznositi 22, 5 tona. Razmatrane su dvije varijante TRDA izgleda - „pomična ruka“, u kojoj se osovina kompresora nalazi izvan reaktora, i „koaksijalni“, gdje je osovina prolazila duž osi reaktora. U prvom slučaju osovina je radila u nježnom načinu rada, u drugom su bili potrebni posebni materijali visoke čvrstoće. No, koaksijalna verzija pružala je manje veličine motora. Stoga su istodobno razvijene opcije s oba pogonska sustava.

Kamuflaža: čemu je namijenjena i kako djeluje

Glavni nedostatak takvih motora takozvanog otvorenog kruga, kada je atmosferski zrak prolazio izravno kroz reaktor, bila je snažna kontaminacija ispušnog zraka zračenjem, što je, na primjer, isključilo mogućnost korištenja konvencionalne kabine posade. Morao je biti smješten u zapečaćenoj višeslojnoj 60-tonskoj (!) Kapsuli olova i upravljati strojem putem televizijskih i radarskih ekrana. Procijenjena masa takvog zrakoplova trebala je prelaziti 250 tona. Postojala je logična ideja da se napravi bombarder u bespilotnoj verziji - u obliku svojevrsne divovske krstareće rakete. Međutim, Ratno zrakoplovstvo nije podržalo projekt: 1950-ih godina automatski sustavi upravljanja nisu mogli pružiti manevar kako bi nadvladali američki sustav protuzračne obrane.

124 meta za nuklearno oružje za ubojstvo četvrtine američkog stanovništva (izvor: New York Times)

Svemirski tegljač

U posljednjih 70 godina malo se toga promijenilo: još smo gušće okruženi američkim bazama, doseg Sjedinjenih Država još je problem, osim što smo naučili napraviti odlične autonomne upravljačke sustave - slijetanje Burana potvrda je toga. I kao u pedesetima, ne postoji alternativa za dugi interkontinentalni let u atmosferi, osim nuklearnog motora. Ali ova tema nije samo tajna, nego i super tajna. Ipak, nešto znamo, ali o nečemu možete pogoditi.

Posljednji otvoreni podaci došli su iz nedovršenog dizajna nuklearnog pogonskog sustava za „svemirske tegljače“. U svemirskom reaktoru bio je angažiran Institut Keldysh, u kojem su donedavno s voljom dijelili informacije o ovom projektu. No, prije nekoliko godina, predstavnici instituta prekinuli su svu komunikaciju s novinarima na ovu temu - izravni znak da je rad koji je prethodno učinjen za „miran prostor“ prerastao u nemirno. Ali uspio sam otkriti nešto ranije.

Na primjer, da je u reaktoru za nuklearni motor (NRE) korišteno jedinstveno gorivo, koje se sastoji od karbida - spoja urana, volframa i niobija sa ugljikom. To je omogućilo daleko nadmašivanje klasičnog uranovog oksida, koji se topi na oko 2500 stupnjeva, po prihvatljivim temperaturama. Takvo gorivo je dobro djelovalo u vodikovom mediju, kojem je, međutim, morao biti dodan heptan kako bi se suzbile kemijske reakcije karbida s vodikom. Ali u oksidacijskom okruženju, poput zraka zagrijanog do nekoliko tisuća stupnjeva (a naša nuklearna krstareća raketa leti u atmosferu), karbidi neće moći raditi: ugljik će se oksidirati kisikom, a preostali metali će se rastopiti i odletjeti s protokom rashladne tekućine. Podolski NPO „Luch“, koji je proizveo te gorivne elemente, naučio je kako pokriti šipke za gorivo metalom niobijem, što je proširilo popis različitih medija u kojima je to gorivo stabilno, ali na temperaturama koje su potrebne u NRE, niobij reagira s kisikom i stvara oksid, i također ne mogu zaštititi gorivo. Možda bi legura tantala i hafnija mogla biti prilično stabilna u tim uvjetima, ali hafnij snažno apsorbira neutrone, što komplicira dizajn reaktora.

Posljedično, izravni NRE u motoru za let u atmosferi se ne pretvara. Iako se mogu posuditi mnoge ideje, a zajedničke su različitim reaktorima malih dimenzija i svemira. Na primjer, reaktorske komande u obliku okretnih bubnjeva ugrađenih u bočni berilijev neutronski reflektor. Otprilike takav plan korišten je i u sovjetskim nuklearnim elektranama Buk i Topaz, te u nekim američkim reaktorima, također namijenjenim za uporabu izvan Zemlje. A gorivo će, najvjerojatnije, morati koristiti oksid, kao u većini reaktora širom svijeta. U svakom slučaju, dok veo tajnosti nije pao na „svemirsku tegljaču“, Keldiševci su planirali u toj nuklearnoj elektrani koristiti upravo oksidno gorivo.

Brzi i spori neutroni

Ali iz nekog razloga, nespecijalisti su jednoglasno odlučili da bi brzi neutronski reaktor trebao postati osnova motora krstareće rakete. Objašnjenje je jednostavno: radi kompaktnosti uređaja, potrebno je koristiti visoko obogaćeno nuklearno gorivo u njemu, a tada moderator nije potreban, jer povećava presjek cijepanja urana-235, imajući mali učinak na presjek ulova urana-238. Uz to, spori neutroni imaju istu temperaturu kao i moderator, što znači da njihova energija raste s temperaturom u reaktoru, smanjujući njihove prednosti. Zaista, Buk, najmasovniji svemirski reaktor, pokretani su brzim neutronima, dok su njegov nasljednik, Topaz, napajali srednjim. Međutim, reaktor toplinskog neutrona može biti ne manje kompaktan: moderator cirkonijevog hidrida omogućuje vam stvaranje reaktora s promjerom jezgre manjim od pola metra, što je implementirano u sovjetskom NRE-u. A da bi smanjili temperaturu, moderator se mora rashladiti posebnim protokom rashladne tekućine, tada se mogu ostvariti sve prednosti sporih neutrona. Osim toga, u termički neutronski reaktor može se upotrijebiti vrlo egzotični izotop americium-242m. Unatoč činjenici da proizvodnja ovog izotopa nije uspostavljena u ovom trenutku, mnogo je jednostavnije organizirati ga od proizvodnje polu-mitske Kalifornije - ameriicij-241 se akumulira u potrošenom nuklearnom gorivu sam po sebi, a može ga se izolirati prilično jednostavnim kemijskim reakcijama (i izoliran je jer se koristi, na primjer, u nekim detektorima dima). Ako tablete komprimirate iz americij-241 oksida i napunite ih u brzi neutronski reaktor, isti BN-800, tada možete brzo akumulirati dovoljnu količinu americij-242m. Slovo na kraju imena znači da je to nuklearni izomer u pobuđenom stanju. Činjenica je da obični amerikicij-242, čija su jezgra u najnižem energetskom stanju, ima poluživot od samo 16 sati, a jezgra 242 m - čak 140 godina. Zašto je to potrebno? Uz moderator cirkonijevog hidrida, njegova kritična masa je manja od 50 g! Prema tome, reaktor na njemu imat će promjer (bez reflektora) reda od 10 cm. No, predloženo je da se takav reaktor koristi s vodenim moderatorom u medicini za terapiju zauzimanja neutrona. Ali ono što točno neće biti u reaktoru krstarećih raketa su neutronski krajnji reflektori. Za njih jednostavno nema mjesta: s jedne strane trebao bi biti dovod zraka, s druge strane - mlaznica.

rekonstrukcija

Unatoč tajnosti, može se zamisliti približan izgled motora. Međutim, to se nije promijenilo od 60-ih godina prošlog stoljeća, kada se dogodio prvi val razvoja nuklearnih zrakoplova - sve su sheme bile jasne već tada. Podijeljeni su u dva bitno različita razreda - s izravnim zagrijavanjem zraka u reaktoru i neizravnim, kada postoji posredni nosač topline i izmjenjivač topline između zraka i reaktora. Druga shema je mnogo čistija, jer proizvodi cijepljenja ne ulaze u zrak, ali prvi je također prikladan za bespilotne letjelice bez upotrebe.

Nuklearni turbojet

Tijekom prvih pokusa s nuklearnim zrakoplovima NB-36 i Tu-95LL, propeler nije odustao od svojih položaja, ali sada bi to bio jasan anahronizam, ograničavajući brzinu podzvučne razine. Pet godina kasnije, svi dizajnirani atomski zrakoplovi postali su čisto reaktivni. Videozapis u predsjedničkoj poruci pokazao je raketu na zemlji koja je lansirana korištenjem konvencionalnog raketnog motora s čvrstim pogonskim gorivom, što je i logično: čak i ako naš nuklearni motor ne baci fragmente fisije izravno u zrak, nemoguće je u potpunosti zaštititi gama zračenje iz radnog reaktora, zaštita će biti prevelika, To znači da se reaktor mora pokrenuti na velikoj nadmorskoj visini - barem nekoliko kilometara. Tada će sam zrak apsorbirati zračenje. A ako je zrakoplov već na visini i ubrzao se do nadzvučne brzine, ispravnije je graditi marširajuću fazu s ramjetnim motorom. Otprilike je tako funkcionirao krstareća raketa dizajnirana pod vodstvom S. A. Lavochkina, koji se jednom natjecao s R-7 za pravo da se zove branitelj naših granica. Tada se krstareća raketa izgubila: protuzračna obrana poboljšavala se pred našim očima, a proturaketna obrana postojala je samo na papiru i tada su mnogi sumnjali u izvedivost presretanja balističke rakete. Sada se situacija promijenila: protuzračna i proturaketna obrana postale su jedinstveni skup sredstava za otkrivanje i presretanje, a vi ga možete prevariti samo na jedan način - manevriranjem. Za balističke rakete to je također mogući način, ali vrlo energetski zahtjevan, jer raketa gori sve svoje gorivo odmah nakon lansiranja, a manevriranje u atmosferi moguće je samo smanjenjem dometa.

Nuklearni ramjet motor

Ovdje je nuklearni motor dobio drugu priliku. Naravno, reaktor ima resurs, a što su stroži zahtjevi za reaktorom, to je manji. Ali čak i na Buku, resurs je premašio nekoliko mjeseci neprekidne operacije, a za krstarenje rakete trebalo je najviše nekoliko dana da zaobiđe globus na ruti koja je najudaljenija od proturaketnih lansera. Pa, i budući da je ovo očigledno oružje Sudnjeg dana, ekonomski zahtjevi povlače se u pozadinu u usporedbi s čak i "svemirskim tegljačem". To znači da se šipke za gorivo mogu obložiti iridijem ili zlatom.

Je li bilo dječaka?

A ipak je li to moguće? Napokon su nam obećali da dimenzije rakete s atomskim reaktorom neće premašiti dimenzije konvencionalne krstareće rakete dugog dometa - X-101 ili istog kalibra. Lako je izračunati da samo ovo stanje ubija mogućnost korištenja izmjenjivača topline. Iako je izmjenjivač topline plin-plin za takve toplotne tokove u načelu izvediv, kao što pokazuje projekt zračnog prostora SABER pomoću atmosferskog kisika, on se ne uklapa u promjer od 533 mm. Dakle, ispada da grijanje može biti izravno, a ispuh će biti vrlo radioaktivan. Prema tome, vjerojatnost da u ovom motoru neće biti turbina i kompresora blizu je jedinstvu. Ramjetni motor nameće brzinu leta u rasponu 3–3, 5 M. Otprilike kao najbrži zrakoplov SR-71A ili krstareća raketa „Tempest“. Ali ako je "Oluja" krenula prema cilju na nadmorskoj visini od 15-18 km i napravila brdo na 35 km ispred cilja, izvodeći protivavionski manevar, tada će se i trenutna raketa očigledno uputiti cilju na visini od oko 20 km kako ne bi zarazila zračenje. vlastitog teritorija (uostalom, čak i nakon razmjene udara bit će potrebno nekako obnoviti normalan život), ali prije cilja vjerojatno će se morati smanjiti i probiti zračnu obranu na izuzetno maloj nadmorskoj visini, obavijajući reljef. Budući da na njemu neće biti pilota, to se može postići ubrzanjem do 20 g ili više.

Ovdje je sažetak vrlo jednostavan. Ako ovaj projektil stvarno postoji i podaci o njemu objavljeni su istiniti, tada, unatoč najvišem stupnju tajnosti, o njemu možemo reći prilično puno:

  • točno koristi fazu pojačivača čvrstog goriva i pokreće reaktor na velikoj visini i brzini;
  • točno primjenjuje mnoge tehnologije dizajnirane za svemirske reaktore i nuklearne raketne motore, uključujući upotrebu regulatornih tijela izvan jezgre, reflektor berilija, moguće moderatora cirkonijevog hidrida, moguće karbidno nuklearno gorivo prekriveno nečim za zaštitu od oksidacije ;
  • najvjerojatnije, njegova faza marširanja koristi motor s izravnim protokom s izravnim grijanjem, što isključuje njegovu uporabu, osim u najekstremnijem slučaju u suradnji sa sustavom Perimetar (sovjetski sustav Amerikanci su nazvali "mrtva ruka");
  • njegova brzina leta na većem dijelu putanje trebala bi biti oko 3 M, a domet - oko dva puta „oko lopte“;
  • malo je vjerojatno da se oni mogu učiniti puno da zamijene balističke rakete pomoću običnog kemijskog goriva.

Članak „Nuklearna Deja Vu“ objavljen je u časopisu Popular Mechanics (br. 5, svibanj 2018). Poput strašnih tenkova i aviona, borbenih robota i pametnih raketa?

Najnovije vijesti o vojnoj tehnologiji u vašoj pošti! U redu Slažem se s pravilima web stranice Hvala. Poslali smo potvrdu na vašu e-poštu.

Preporučeno

Tehnika u bitkama za Pobjedu: oluja Berlin
2019
Tajanstveni planet X može ispasti da je glavna crna rupa
2019
Mogu li oživjeti dinosauruse?
2019