Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Как уже говорилось, величина скорости отбрасываемой реактивным двигателем массы может служить мерой качества реактивного двигателя. В атомных реактивных двигателях величина этой скорости в 3–4 раза больше, чем у самых совершенных современных жидкостных реактивных двигателей.

В рассмотренных нами выше жидкостных и пороховых ракетных двигателях источником энергии, создающим большие скорости истечения газов, являлась химическая реакция компонентов топлива. Источник энергии атомного двигателя гораздо мощнее, это процесс расщепления атомного ядра. Но сам этот процесс, как известно, не сопровождается образованием каких-либо газов, а, как мы уже говорили, тяга реактивного двигателя зависит от скорости вылетающих из сопла ракетного двигателя газов и от их массы. Следовательно, и в случае использования атомной энергии необходимо иметь какое-либо вещество (посредник), отбрасывая которое с большой скоростью, атомный двигатель сможет создать тягу. В качестве такого посредника можно использовать, например, воду.

В атомном котле она будет испаряться. Если же удастся найти материалы для деталей двигателя, которые могли бы выдержать температуру более 3000℃, то воду можно заставить еще и разлагаться на водород и кислород. При дальнейшем повышении температуры молекулы водорода и кислорода будут распадаться на атомы, что может увеличить объем получающегося газа почти вдвое. Ученые подсчитали, что по сравнению с обычным жидкостным реактивным двигателем, использующим керосин и кислород, при прочих одинаковых условиях, у атомного двигателя скорость истечения образовавшихся газов может доходить до 12 км/сек, а следовательно, и его тяга будет в 4 раза больше.

Что же это даст? Это примерно в 4 раза уменьшит расход газа, необходимого для получения данной тяги, уменьшится вес «посредника», а следовательно, и вес самой ракеты, что приведет к уменьшению необходимой для движения тяги, зависящей от веса ракеты, и, стало быть, запасы «посредника» можно будет еще более ограничить.

Но при осуществлении такого ракетного двигателя придется столкнуться с необходимостью решить много сложнейших научных и технических проблем.

В новейшей специальной литературе указывается ряд подробностей теоретической разработки проблем применения атомных силовых установок в ракетах. Вследствие того, что сила тяги в ракете прямо пропорциональна , где M — среднее значение молекулярного веса истекающего газа, для ракет с атомной силовой установкой наиболее выгодно применять в качестве «посредника» легкие газы, как, например, водород или аммиак. На ракете они должны находиться в жидком виде, чтобы занимать меньший объем.

На рис. 12 показана упрощенная схема атомного реактивного двигателя.

«Посредник» (жидкость) 2 из резервуара для хранения его 1 подается в реактор 4 с помощью насоса 3 . Нагретые в атомном реакторе до высокой температуры газы с громадной скоростью вырываются из сопла 5 , создавая тем самым тягу двигателя.

На рис. 13 показано схематическое устройство трехступенчатой ракеты с атомной силовой установкой.

По мнению большинства специалистов, задачи, которые необходимо разрешить для успешного применения атомной энергии в ракетных силовых установках, сводятся к следующему:

— разработка конструктивных материалов, способных выдерживать высокие температуры без коррозии и изменения своих физико-химических свойств под воздействием мощных радиоактивных излучений;

— повышение теплоотдачи ядерного реактора;

— создание эффективного, легкого и небольшого по габаритам экрана для предохранения обслуживающего персонала от воздействия проникающей радиации;

— разработка эффективного дистанционного автоматического управления ракетным двигателем и системы его обслуживания;

— снижение стоимости изготовления и эксплуатационных расходов ракетных атомных силовых установок.

Велики трудности, которые придется преодолеть при создании такого двигателя. Однако вспомним, как немного времени прошло с момента первого практического применения атомной энергии, и тем не менее в СССР с 1954 г. работает первая в мире атомная электростанция. По директивам XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану развития народного хозяйства в СССР строятся новые крупные атомные электростанции и спущен на воду ледокол «Ленин» с атомным двигателем. Развитие техники идет такими крупными шагами, что создание ракетного атомного двигателя, учитывая успехи советской атомной промышленности, дело совсем уже не такого далекого будущего.

Когда будет создан ракетный атомный двигатель, дело освоения космоса значительно продвинется вперед, и сейчас даже трудно предугадать масштабы, в которых оно развернется.

Как было показано выше, увеличение скорости отбрасываемых масс позволяет увеличить тягу, уменьшить запасы посредника и вес ракеты. Однако и в жидкостных, пороховых и атомных двигателях неограниченно увеличивать тягу за счет увеличения скорости отбрасываемых масс не удается из соображений прочности материалов, из которых изготовляются камеры сгорания. Конечно, ученые работали и работают над тем, чтобы повысить жаропрочность сплавов и керамических материалов, однако эта возможность ограничена. При определенных температурах все вещества начинают плавиться или испаряться. Применение охлаждения камеры сгорания не может вполне решить этой проблемы, так как охлаждение стенок камеры не должно сопровождаться одновременным понижением температуры исходящих газов (во всяком случае до известного предела), что технически трудно достижимо.