Эрике Крафт об импульсных ядерных двигателях

Вот что писал Эрике Крафт об импульсных ядерных двигателях (или взрыволетах, как их называл Сахаров) более 35 лет назад:
«Импульсный ЯРД был разработан в соответствии с принципом, предложенным в 1945 г. д-ром С.Уламом из Лос-Аламосской научно-исследовательской лаборатории, согласно которому в качестве источника энергии (горючего) высокоэффективной космической ракетной установки предлагается использовать ядерный заряд. В те дни, как и в последующие многие годы, ядерные и термоядерные заряды были самыми мощными и компактными источниками энергии по сравнению с любыми другими. Если исходить только из количества располагаемой энергии, то ядерные заряды обеспечивают удельную тягу более 200000 сек, а термоядерные - вплоть до 400000 сек. Такие значения удельных тяг чрезмерно высоки для большинства полетов в пределах солнечной системы. Более того, при использовании ядерного горючего в "чистом" виде возникает очень много проблем, которые в настоящее время еще не решены в полном объеме. Итак, энергия, выделяемая при взрыве, должна передаваться рабочему телу, которое нагревается и затем истекает из двигателя, создавая тягу. В соответствии с обычными методами решения такой задачи ядерный заряд помещается в "камеру сгорания", наполненную рабочим телом (например, водой или другим жидким веществом), которое испаряется и затем расширяется с большей или меньшей степенью адиабатичности в сопле. Такая система, которую мы называем импульсным ЯРД внутреннего действия, очень эффективна, поскольку все продукты взрыва и вся масса рабочего тела используются для создания тяги. Нестационарный цикл работы позволяет такой системе развивать более высокие давления и температуры в камере сгорания, а как следствие и более высокую удельную тягу по сравнению с непрерывным циклом работы. Однако сам факт, что взрывы происходят внутри некоторого объема, налагает существенные ограничения на давление и температуру в камере, а, следовательно, и на достижимую величину удельной тяги. Ввиду этого, несмотря на многие достоинства импульсного ЯРД внутреннего действия, импульсный ЯРД внешнего действия оказался проще и эффективнее благодаря использованию гигантского количества энергии, выделяемой при ядерных взрывах. В ЯРД внешнего действия не вся масса горючего и рабочего тела принимает участие в создании реактивной тяги. Однако здесь даже при меньшем к.п.д. используется большее количество энергии, что позволяет получить более эффективные характеристики систем. Импульсный ЯРД внешнего действия (называемый далее просто импульсным ЯРД) использует энергию взрыва большого количества небольших ядерных зарядов, находящихся на борту ракеты. Эти ядерные заряды последовательно выбрасываются из ракеты и подрываются за ней на некотором расстоянии. При каждом взрыве некоторая часть расширяющихся газообразных осколков деления в виде плазмы с высокой плотностью и скоростью сталкивается с основанием ракеты - толкающей платформой. Количество движения плазмы передается толкающей платформе, которая движется вперед с большим ускорением. Ускорение уменьшается демпфирующим устройством до нескольких g в носовом отсеке ракеты, что не превышает пределов выносливости человеческого организма. После цикла сжатия демпфирующее устройство возвращает толкающую платформу в начальное положение, после чего она готова к воздействию очередного импульса. Суммарное приращение скорости, приобретаемое космическим кораблем, зависит от количества взрывов и, следовательно, определяется количеством ядерных зарядов, израсходованных при данном маневре. Систематическая разработка проекта такого ЯРД была начата д-ром Т. Б. Тейлором (отделение "Дженерал атомик" фирмы "Дженерал дайнемикс") и продолжалась при поддержке Управления перспективного планирования научно-исследовательских работ (ARPA), ВВС США, НАСА и фирмы "Дженерал дайнемикс" в течение девяти лет. После чего работы в этом направлении были временно прекращены, с тем, чтобы в дальнейшем возобновиться вновь, так как такой тип двигательной установки был выбран в качестве одного из двух основных движителей космических кораблей, совершающих полеты в пределах солнечной системы. Ранний вариант установки, разработанный НАСА в 1964 - 1965 гг., был сравним (по диаметру) с ракетой "Сатурн-5" и обеспечивал удельную тягу 2500 сек и эффективную тягу 350 т; "сухой" вес (без горючего) основного двигательного отсека составлял 90,8 т. В первоначальном варианте импульсного ЯРД, использовались упомянутые ранее ядерные заряды, причем предполагалось, что он будет работать на низких земных орбитах и в зоне радиационных поясов из-за опасности радиоактивного загрязнения атмосферы продуктами распада, выделяющимися при взрывах. Затем удельная тяга импульсных ЯРД была доведена до 10000 сек, а потенциальные возможности этих двигателей позволяли в будущем удвоить эту цифру. Двигательная система с импульсным ЯРД могла быть уже разработана в 70-х годах, с тем чтобы осуществить первый пилотируемый космический полет к планетам в начале 80-х годов. Однако разработки этого проекта не велись в полную силу ввиду утверждения программы создания твердофазного ЯРД. Кроме того, разработка импульсного ЯРД была связана с политической проблемой, так как в нем использовались ядерные заряды. Договор о запрещении испытаний ядерного оружия беспрекословно требовал "прекращения всех испытаний ядерного оружия на все времена", включая производство всех ядерных взрывов, кроме подземных испытаний. В таком виде договор практически запрещал разработку, испытания и эксплуатацию ракет с импульсным ЯРД. Договор, однако, не исключал возможности внесения поправок и по своей сути, конечно, не предусматривал запрещения разработок перспективных космических двигательных систем и решений проблем, связанных с освоением космоса.
Если возможность практического осуществления проекта импульсного ЯРД даже в те дни не вызывала серьезных сомнений, то этого нельзя было сказать с такой же уверенностью о термоядерном РД.
Сравнение импульсного ЯРД и термоядерного РД показывает, что с точки зрения стоимости (но без учета начальных затрат) и экономичности термоядерный РД превосходит импульсный ЯРД; однако с точки зрения мощности и интервала развиваемого тягового ускорения импульсный ЯРД эффективнее. Более того, корабль с импульсным ЯРД не только может совершить посадку на планету или стартовать с нее (если тяга достаточна для преодоления гравитационных сил), но и способен совершать активный полет в любой атмосфере, так же как и в космосе. Действительно, импульсный ЯРД является единственным типом ракетного двигателя, который в атмосфере работает лучше, чем в космосе, так как использует газы атмосферы в качестве рабочего тела. Вследствие этого импульсный ЯРД более пригоден для полетов в чрезвычайно неблагоприятных окружающих условиях, когда одновременно требуется более высокий уровень тяги. Ниже приведены примеры таких полетов.
Посадка на поверхность Венеры. Вход в (или пролет через) головы комет.
Вход в атмосферу планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна).
Проникновение в области с неблагоприятными окружающими условиями, например в астероидные пояса и, возможно, в "грязные и пыльные" области около больших планет.
Термоядерный РД, будучи менее мощным, по сравнению с импульсным ЯРД, более пригоден для полетов в пределах внутренних планет солнечной системы, т.е. в относительно чистых областях гелиоцентрического пространства. Корабль с таким двигателем должен оставаться на орбите спутника планеты-цели или же "пристыковаться" к небольшим спутникам, поскольку он не может совершить посадку на поверхность планеты.
Две выбранные принципиальные двигательные системы имеют ряд преимуществ, к числу которых относятся: удельная тяга, соответствующая энергетическим требованиям полета в пределах солнечной системы при допустимой продолжительности путешествий; потенциальные возможности роста удельной тяги (импульсные ЯРД) и ускорения силы тяги (термоядерные РД); большая простота по сравнению с другими двигательными системами и, в случае импульсного ЯРД, способность корабля входить и выходить из крайне неблагоприятных атмосфер планет в отличие от кораблей с каким-либо другим двигателем.
Конечно, в этих двигателях не будет надобности, если не будут запланированы полеты за пределы орбит Венеры и Марса. Но даже и для столь далеких полетов эти двигатели (особенно при экономическом подходе) могут оказаться неприемлемыми, если учесть высокую стоимость разработки и политическую дискуссионность применения (по крайней мере импульсных ЯРД). Однако это не уменьшает их замечательных достоинств как средств транспорта в пределах солнечной системы.
Ответ на вопрос о том, будут ли предприниматься полеты, описанные здесь, в течение 1988 - 2001 гг., зависит в одинаковой мере как от общей обстановки в мире, так и от уровня развития техники. Поскольку очевидно, что мировая война или даже критическое число локальных войн резко задержат прогресс человечества, как в области астронавтики, так и во многих других областях человеческой деятельности, то этот тривиальный факт не представляет особого интереса для тех, кто верит, что к 2001 г. космическая эра все же наступит. Поэтому действительно нет иного выбора, как предположить, что мир окажется достаточно разумным и подготовит почву для процветания космической эры. Во всяком случае, можно ожидать, что это предположение оправдается. По крайней мере в течение того короткого времени, пока оно будет служить добрым целям, будем надеяться, что соглашения будут справедливыми, а следовательно, и всеми уважаемыми; что освоение космоса будет еще вызывать всеобщий живой интерес; что мы будем стремиться следовать более великим целям и что массовое производство импульсных ЯРД будет способствовать уничтожению ядерных бомб и созданию солнечных транспортных систем. Это, возможно, и наивное представление, но хотелось бы, чтобы оно стало явью»…

Ранний вариант установки, разработанный НАСА в 1964 - 1965 гг., был сравним (по диаметру) с ракетой "Сатурн-5" и обеспечивал удельную тягу 2500 сек и эффективную тягу 350 т; "сухой" вес (без горючего) основного двигательного отсека составлял 90,8 т. В первоначальном варианте импульсного ЯРД, использовались упомянутые ранее ядерные заряды, причем предполагалось, что он будет работать на низких земных орбитах и в зоне радиационных поясов из-за опасности радиоактивного загрязнения атмосферы продуктами распада, выделяющимися при взрывах.

 

Эти разработки были теоретическими или как?

Была испытана летающая модель. См.
http://www.astronautix.com/lvfam/orion.htm

Наши разработки см. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/888.html

Полностью со статьей Эрике Крафта можно ознакомиться на:
http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/spaceage/11.htm

Теперь можно посмотреть и на видео полет модели: