Ядерные тайны «Буревестника»: как ядерный двигатель меняет правила игры

Двигатель двигателю рознь

На заре межпланетных путешествий с ядерной тягой пионерами можно смело считать гениальных ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории. Несмотря на то, что ядерные силовые установки так и не смогли покорить бескрайний космос, их идеи были предложены в рамках выдающегося "Манхэттенского проекта". Согласно этому проекту, группа ученых во главе со Станиславом Уламом, Фредериком Райнесом и Фредериком де Хоффманом предложила сразу две концепции создания ядерного двигателя.

В первом случае ядерное топливо используется для нагрева рабочего тела, например, водорода, а во втором — ядерный взрыв придает импульс космическому аппарату.

Фредерик Райнес и Станислав Улам – одни из авторов идеи ядерного двигателя

Эти физики задумывали межпланетные экспедиции, за которыми следовали ядерные взрывы! На первый взгляд это кажется безупречным, но к счастью, ни один проект так и не был реализован. Тем не менее, в истории инженерного дела стоит упомянуть американский Project Orion, известный также как "взрыволет". Идея заключалась в том, чтобы поднимать ракеты в космос, взрывая водородные бомбы за бортом космического аппарата. Это вызывало испарение дисков, которые выбрасывались в пространство, и расширяющаяся плазма создавала необходимый импульс для движения.

По расчетам, на один рейс к какой-либо планете необходимо было использовать до 800 водородных бомб. В 1963 году, однако, между США и СССР был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, и с проектами ядерных двигателей было покончено.

Ядерное топливо как источник тепла

Однако идея использования ядерного топлива для нагрева рабочего тела в реактивных двигателях выглядит вполне здраво. Причем уран или плутоний в этом случае не единственные варианты. Вторым компонентом виртуальной системы является водород, который проходит через горячую зону реактора. Температура в этой зоне достигает 3000 градусов Цельсия, и при прокачке водорода он мгновенно расширяется, создавая мощную тягу.

Это явление основано на законе сохранения: реактивная струя и корабль получают одинаковый по величине, но противоположный по направлению импульс. Благодаря этому, когда мы имеем дело с водородом — самым легким газом, его молекулы при нагревании достигают космической скорости, что делает двигатель крайне эффективным. Удельный импульс у ядерных двигателей в два раза превышает наилучшие показатели химических установок: 850-900 секунд против 450 у традиционных ракет.

Возможно, для земляных систем такие установки не подойдут, однако для космоса это вполне рабочее решение. В 2027 году американцы планируют протестировать Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations (DRACO). Это означает, что в космосе может появиться первый корабль на ядерной тяге. Предыдущие попытки, к сожалению, были подорваны изменениями в финансировании и активностью других проектов, таких как Starship Илона Маска. В то же время в России идет разработка ядерного буксира «Зевс», который, согласно прогнозам, планируется запустить в 2030-2040-х годах.

Прямоточные и турбореактивные двигатели

Наша основная тема — это ядерный воздушно-реактивный двигатель, установленный на "Буревестнике". Интересно, что российская ракета не первая с подобной системой, но она стала ее усовершенствованной версией. Первенство в этой области принадлежит американцам с их проектом Pluto, который был важным шагом вперед в создании ядерных ракетных двигателей. Эта тяжелая крылатая ракета была оборудована настоящим ядерным реактором и потребовала около двух миллиардов долларов лишь на разработки.

Создание ядерного двигателя стартовало в 1957 году, и тогда это было действительно актуально, учитывая, что Советский Союз уже имел значительное ПВО, и американские бомбардировщики могли бы не пройти к стратегически важным объектам.

Ракета весом 27 тонн с реактором Tory-II на борту могла развивать скорость до 3-х Махов, пролетая на весьма малой высоте, что также создавало немалую опасность. При выходе на маршевую скорость нее нужно было прогнать поток воздуха через раскаленные керамические ТВЭЛы из урана. Ударная волна, возникающая от такой ракеты, могла повредить здания, а из сопла выбрасывалась радиоактивная смесь.

Неудивительно, что к началу 60-х годов оптимистичные взгляды на межконтинентальные баллистические ракеты стали более популярными. Американцы не были единственными, кто пытался создать ядерную крылатую ракету — СССР также работал над несколькими проектами, ставя целью создать ракеты, которые могли бы маневрировать и обходить системы ПВО противника.

Как итог, ядерные реакторы с воздушным трактом прошли стендовые испытания и были к 80-м годам благополучно закрыты. Однако, если посмотреть на предшественников современных технологий, можно утверждать, что "Буревестник" — это результат работы, которая началась несколько десятилетий назад.

Современные российские разработки позволили создать малогабаритный ядерный реактор с мощностью сотни МВт, который способен работать на высоких температурах. Кроме того, удалось доработать сплав, который продержит высокие нагрузки и не плавится даже в условиях постоянного использования. При этом используется атмосферный воздух как рабочее тело, которое нагревается, обеспечивая необходимый импульс для ракеты. Возможности ракеты Буревестник во многом зависят от надежности всех её систем, так как будь что-то не так, последствия могут быть катастрофическими во всех смыслах этого слова.

Комментарии ⁰