Ядрено дежа ву: има ли ядрена ракета

Ядрен отпечатък

Проблемът с обсега на САЩ до СССР, заобиколен от всички страни от американски бази, възниква веднага след края на Втората световна война. Американските и британските стратегически ядрени бомбардировачи бяха разположени около не за митична отбрана срещу международни терористи, а конкретно за нападение срещу Съветския съюз. Класическите съветски бомбардировачи не можеха да стигнат до Съединените щати от съветските летища: това изискваше обхват от поне 16 000 км. За да победите отдалечените цели в Съединените щати и свободно да изберете път на полета, за да заобиколите районите на противовъздушната отбрана, беше необходим обхват от 25 000 км. Само самолети с атомни електроцентрали могат да го предоставят в свръхзвуков режим.

Турбореактивни. ядрен

Днес подобни проекти изглеждат невероятни и в началото на 50-те години задачата не беше по-трудна от поставянето на реактори в подводници: и двамата дават почти неограничен обхват. Въздухоплавателните средства са възложени за проектиране на конструкторско бюро „Туполев“ и „Мясищев“, а „специални двигатели“ - дизайнерско бюро „Архип Люлка“.

368 цели за ядрени оръжия за убиване на една четвърт от населението на Китай (източник: The New York Times)

По дизайн турбореактивен двигател с атомен реактор (TRDA) много прилича на конвенционален турбореактивен двигател (TRD). Само ако в турбореактивния двигател тягата се създава чрез разширяване на горещи газове при изгаряне на керосин, тогава в турбореактивния двигател въздухът се нагрява преминавайки през реактора. Активната зона на авиационен ядрен реактор с термични неутрони беше набрана от керамични горивни елементи, в които имаше надлъжни шестоъгълни канали за преминаване на нагрят въздух. Прогнозната тяга на разработвания двигател трябваше да бъде 22, 5 т. Разгледани бяха два варианта на TRDA оформление - „рокерно рамо“, при което валът на компресора беше разположен извън реактора, и „коаксиален“, където валът преминаваше по оста на реактора. В първия случай валът работеше в щадящ режим, във втория бяха необходими специални материали с висока якост. Но коаксиалната версия осигурява по-малки размери на двигателя. Следователно, в същото време бяха разработени опции и с двете задвижващи системи.

Камуфлаж: за какво е предназначен и как работи

Основният недостатък на такива двигатели от така наречената отворена верига, когато атмосферният въздух преминава директно през реактора, беше силно радиационно замърсяване на отработения въздух, което например изключваше възможността за използване на конвенционална кабина на екипажа. Той трябваше да бъде разположен в запечатана многослойна 60-тонна (!) Оловна капсула и да контролира машината чрез телевизионни и радарни екрани. Прогнозната маса на такъв самолет трябваше да надвиши 250 т. Имаше логична идея да се направи бомбардировач в безпилотен вариант - под формата на гигантска крилата ракета. ВВС обаче не подкрепят проекта: през 50-те години автоматичните системи за управление не могат да осигурят маневреност за преодоляване на системата за противовъздушна отбрана на САЩ.

124 цели за ядрени оръжия за убиване на една четвърт от населението на САЩ (източник: The New York Times)

Космически влекач

През последните 70 години малко се промени: ние сме още по-плътно заобиколени от американски бази, обхватът на Съединените щати все още е проблем, с изключение на това, че се научихме да правим отлични автономни системи за контрол - кацането на Буран е потвърждение за това. И както през петдесетте години, няма алтернатива за дълъг междуконтинентален полет в атмосферата, с изключение на ядрен двигател. Но тази тема не е просто тайна, а супер тайна. Въпреки това ние знаем нещо, но можете да се досетите за нещо.

Последните отворени данни идват от незавършен дизайн на ядрена система за „космически влекач“. Институтът Keldysh беше ангажиран с космическия реактор, в който доскоро те по-скоро с готовност споделяха информация за този проект. Но преди няколко години представители на института преустановиха всякаква комуникация с журналисти по тази тема - пряк знак, че работата, която преди това беше направена за „мирно пространство“, прерасна в немирна. Но успях да разбера нещо по-рано.

Например, че в реактор за ядрен двигател (NRE) е използвано уникално гориво, състоящо се от карбиди - съединения на уран, волфрам и ниобий с въглерод. Това направи възможно далеч надминаването на класическия уранов оксид, който се топи при около 2500 градуса, по приемливи температури. Такова гориво работи добре във водородна среда, към която обаче трябва да се добави хептан, за да се потиснат химичните реакции на карбидите с водород. Но в окислителна среда, като въздух, нагряван до няколко хиляди градуса (а нашата ядрена крилатна ракета лети в атмосферата), карбидите няма да могат да работят: въглеродът ще се окислява от кислород, а останалите метали ще се стопят и ще отлетят с потока на охлаждащата течност. Podolsk NPO "Luch", който произвежда тези горивни елементи, научи как да покрива горивните пръти с ниобиев метал, което разшири списъка с различни среди, при които това гориво е стабилно, но при температури, необходими при NRE, ниобият реагира с кислорода, за да образува оксид, и също не могат да защитят горивото. Може би сплавта на тантал с хафний би могла да бъде доста стабилна при тези условия, но хафний силно абсорбира неутроните, което усложнява дизайна на реактора.

Следователно, директният NRE в двигателя за полет в атмосферата не се преобразува. Въпреки че могат да бъдат заимствани много идеи и те са общи за различни малки и космически реактори. Например контролите на реактора под формата на въртящи се барабани, вградени в страничен берилиев неутронен отражател. Приблизително такава схема беше използвана както в съветските космически ядрени централи в Бук и Топаз, така и в някои американски реактори, също предназначени за използване извън Земята. И като гориво, най-вероятно, ще трябва да се използва оксид, както в повечето реактори по света. Във всеки случай, докато завесата на секрет не падна върху „космическия влекач“, келдишевитите планираха да използват точно оксидно гориво в тази атомна електроцентрала.

Бързи и бавни неутрони

Но по някаква причина неспециалистите единодушно решиха, че бърз неутронен реактор трябва да се превърне в основата на двигателя с крилати ракети. Обяснението е просто: в името на компактността на устройството е необходимо да се използва силно обогатено ядрено гориво в него и тогава модераторът не е необходим, тъй като увеличава напречното сечение на делене на уран-235, което има малък ефект върху напречното сечение на уран-238. В допълнение, бавните неутрони имат същата температура като модератора, което означава, че енергията им нараства с температурата в реактора, намалявайки техните ползи. Всъщност Бук, най-масовият космически реактор, се захранва от бързи неутрони, докато неговият наследник Топаз се захранва от междинни. Въпреки това, реактор с термичен неутрон може да бъде не по-малко компактен: модератор на циркониев хидрид ви позволява да създадете реактор с диаметър на сърцевината по-малък от половин метър, който беше реализиран в съветския NRE. И за да се намали температурата, модераторът трябва да се охлади чрез отделен поток на охлаждащата течност, след което всички предимства на бавните неутрони могат да бъдат реализирани. В допълнение, един много екзотичен изотоп, америциум-242м, може да се използва в реактор с термичен неутрон. Въпреки факта, че производството на този изотоп не е установено в момента, е много по-просто да се организира, отколкото производството на полумитична Калифорния - Америциум-241 се натрупва в отработено ядрено гориво сам по себе си и той може да бъде изолиран чрез доста прости химически реакции (и той е изолиран, защото се използва, т.е. например в някои детектори за дим). Ако компресирате таблетки от америциум-241 оксид и ги заредите в реактор с бърз неутрон, същия BN-800, тогава можете бързо да натрупате достатъчно количество америциум-242m. Буквата в края на името означава, че това е ядрен изомер във възбудено състояние. Факт е, че обикновеният америциум-242, чиито ядра са в най-ниско енергийно състояние, има период на полуразпад само 16 часа, а ядро ​​242 м - цели 140 години. Защо е необходимо? С модератор на циркониев хидрид той има критична маса под 50 g! Съответно, реакторът върху него ще има диаметър (без рефлектор) от порядъка на 10 см. Въпреки това беше предложено да се използва такъв реактор с воден модератор в медицината за терапия с улавяне на неутрони. Но това, което точно няма да има в реактора на крилата ракета, са отражателите на неутронния край. Просто няма място за тях: от една страна трябва да има вход за въздух, от друга - дюза.

реконструкция

Въпреки секретността, може да се представи приблизително външния вид на двигателя. Тя обаче не се е променила от 60-те години на миналия век, когато се случи първата вълна на развитието на ядрени самолети - всички схеми бяха ясни още тогава. Те са разделени на два фундаментално различни класа - с директно нагряване на въздуха в реактора и индиректно, когато между въздуха и реактора има междинен топлоносител и топлообменник. Втората схема е много по-чиста, тъй като продуктите на делене не влизат във въздуха, но първата е подходяща и за безпилотни летателни апарати за еднократна употреба.

Ядрен турбореактивен двигател

По време на първите експерименти с ядрените самолети NB-36 и Tu-95LL, витлото не се е отказало от позициите си, но сега това ще бъде ясен анахронизъм, ограничаващ скоростта на дозвуковото ниво. Пет години по-късно всички проектирани атомни самолети станаха чисто реактивни. Видеото в президентското съобщение показа ракета на наземна основа, изстреляна с помощта на конвенционален ракетен двигател с твърдо гориво, което е логично: дори ако ядреният ни двигател не изхвърля частици от делене директно във въздуха, е невъзможно напълно да защити гама-излъчването от работещ реактор, защитата ще бъде твърде голяма, Това означава, че реакторът трябва да бъде пуснат на голяма надморска височина - поне няколко километра. Тогава самият въздух ще абсорбира радиация. И ако самолетът вече е на височина и е ускорен до свръхзвукова скорост, по-правилно е да се изгради маршируващ етап с раметоносен двигател. Приблизително по този начин работеше кризисната ракета Storm, проектирана под ръководството на S. A. Lavochkin, която някога се конкурираше с R-7 за правото да се нарича защитник на нашите граници. Тогава крилатата ракета се загуби: противовъздушната отбрана се подобряваше пред очите ни, а противоракетната отбрана съществуваше само на хартия и тогава мнозина се съмняваха във възможността за прихващане на балистична ракета. Сега ситуацията се промени: противовъздушната отбрана и противоракетната отбрана се превърнаха в единен набор от средства за откриване и прихващане и можете да го заблудите само по един начин - маневриране. За балистичните ракети това също е възможен начин, но много енергоемко, защото ракетата изгаря цялото си гориво веднага след изстрелването, а маневрирането в атмосферата е възможно само чрез намаляване на обсега.

Ядрен раметонен двигател

Тук ядреният двигател получи втори шанс. Разбира се, реакторът има ресурс и колкото по-строги са изискванията към реактора, толкова по-малко е този ресурс. Но дори и в Бук ресурсът надхвърли няколко месеца непрекъсната експлоатация, а на крилата ракета се нуждаеше от максимум няколко дни, за да заобиколи земното кълбо по маршрута, най-отдалечен от противоракетните ракети. Е, и тъй като това очевидно е оръжие на Съдния ден, икономическите изисквания отстъпват на заден план в сравнение дори с „космическия влекач“. Това означава, че горивните пръчки могат да бъдат покрити с иридий или злато.

Имаше ли момче?

И все пак възможно ли е това? В крайна сметка те ни обещаха, че размерите на ракетата с атомен реактор няма да надвишават размерите на конвенционална ракета за далечно разстояние - X-101 или същата калибър. Лесно е да се изчисли, че само това състояние убива възможността за използване на топлообменници. Въпреки че топлообменникът газ-газ за такива топлинни потоци по принцип е осъществим, както показва проектът за въздушно пространство SABER, използващ атмосферен кислород, той не се вписва в диаметър 533 мм. Така че, отоплението може да бъде само директно, оказва се, и ауспухът ще бъде много радиоактивен. Следователно вероятността, че няма да има турбини и компресори в този двигател, е близка до единство. Рамжетният двигател налага скоростта на полета в диапазона от 3–3, 5 М. Приблизително като най-бързият самолет SR-71A или кризисната ракета „The Tempest“. Но ако „Бурята“ отиде до целта на височина 15-18 км и направи хълм за 35 км пред целта, като извърши зенитна маневра, то сегашната ракета също очевидно ще отиде до целта на височина от около 20 км, за да не зарази с радиация собствена територия (в края на краищата, дори и след размяна на удари, ще е необходимо по някакъв начин да възстановите нормалния живот), но преди целта вероятно ще трябва да намалее и да пробие ПВО на изключително малка височина, обгръщайки релефа. Тъй като на него няма да има пилоти, това може да стане с ускорения до 20 g или повече.

Обобщението тук е много просто. Ако тази ракета наистина съществува и публикуваните за нея данни са верни, тогава, въпреки най-високата степен на секретност, можем да кажем доста за нея:

  • той използва точно етапа на усилване на твърдото гориво и стартира реактора на голяма височина и скорост;
  • то точно прилага много технологии, предназначени за космически реактори и ядрени ракетни двигатели, включително използването на регулаторни органи извън ядрото, берилиев рефлектор, евентуално модератор на циркониев хидрид, евентуално карбидно ядрено гориво, покрито с нещо за защита от окисляване ;
  • най-вероятно неговият маршируващ етап използва двигател с директен поток с директно нагряване, което изключва използването му, освен в най-крайния случай във връзка с периметърната система (съветската система е наречена американците наречена „мъртва ръка“);
  • скоростта му на полет над по-голямата част от траекторията трябва да бъде около 3 М, а обхватът - около два пъти „около топката“;
  • малко вероятно е те да бъдат направени много за замяна на балистични ракети, използващи обикновено химическо гориво.

Статията „Nuclear Deja Vu“ е публикувана в списанието Popular Mechanics (№ 5, май 2018 г.). Като страховити танкове и самолети, бойни роботи и умни ракети?

Последните новини за военни технологии във вашата поща! добре Съгласен съм с правилата на сайта Благодаря. Изпратихме потвърждение на вашия имейл.

Препоръчано

Зрителната острота може да се подобри чрез тренировка.
2019
Излъчване на онлайн презентация на Apple: нови iPhone, часовници и аксесоари
2019
Coxsackie virus в Турция: опасен или не?
2019