Ядерная ракета на воде и соли

http://www.npl.washington.edu/AV/altvw56.html
Ядерная ракета воды соли Забрина (NSWR), требует только незначительных экстраполяций от зрелой технологии существующих ядерных двигательных систем и могла вероятно быть осуществлена для испытания опытного образца в очень короткое время. Письмо экологического заявления на такие испытания, однако, могло бы представить интересную проблему, потому что схема Забрина выражает очень радиоактивные ядерные продукты деления непосредственно в космос. Это является поэтому соответствующим главным образом полетам(заданиям) глубокого космоса.

В его бумаге, описывающей понятие(концепцию), Забрин рассматривает(считает) использование NSWR для полета(задания) возвратно-поступательного перемещения в Титана, наибольшую луну Сатурна. NSWR питался бы 20 %, обогащенный уран в химической форме растворимой соли (тетра-бромид урана) распущенный в обычной воде в приблизительно том же самом концентрации как соль в морской воде.


Расщепляющиеся изотопы на таких концентрациях могут легко произвести большую теплоту от запаздывающих реакций или даже ядерный взрыв. Непрерывный объем этой жидкости, сосредотачивающей несколько дюжин килограммов достиг бы критической массы, в широком масштабе расщепление в поддержанной цепной реакции, и взорвался бы. В схеме Забрина 41 000 килограммов (41 тонна) топлива воды соли запасены(сохранены) в поглощающем нейтрон топливном баке. Топливный бак был бы сделан от длинных трубок карбоната бора, сильный структурный материал, который поглощает тепловые нейтроны, предотвращая запаздывающую цепную реакцию, которая иначе произошла бы в топливе. Жидкое топливо накачано от резервуара хранения в цилиндрическую камеру реакции без поглотителя, которая позволяет наращивание нейтронного потока к критическому пункту(точке), где поддержанное деление ядра может произойти.


В ядерной ракете камера реакции представляет серьезную проблему материалов, потому что никакая мыслимая механическая структура не могла выдержать силу ядерного взрыва. Однако, Забрин использует очень умную уловку. Он использовал упрощенную модель, чтобы показать, что распределение вызывающих расщепление тепловых нейтронов в камере реакции зависит критически от скорости жидкого топлива, поскольку это проходит через камеру реакции. Эта зависимость происходит, потому что двигающееся топливо воды+соли - также среда, в которой нейтроны замедлены. Если жидкость - в покое, максимальный поток происходит в центре цилиндра, но если уменьшающаяся топливная жидкость находится в движении, пункт(точка) максимального потока - выход и также повышается к намного более высокому максимуму. Если правильная топливная скорость выбрана, тепловой нейтронный поток (и поэтому местонахождение максимального запаздывающего энерговыделения) может быть сделано, чтобы достигнуть максимума очень резко только вне конца выхода цилиндрической камеры реакции.


Другими словами, можно произвести непрерывный управляемый ядерный взрыв в области(регионе) только позади ядерной ракеты. В этом пункте(точке) вода топливной жидкости вспыхнет к очень высокому температурному пару, удаляя массу реакции с оцененной скоростью истечения 66 000 метров в секунду (по сравнению с возможно 4 500 мс для химической ракеты). NSWR двигатель рассчитан, чтобы произвести тягу почти 3 миллионов фунтов (1.3 x 10⁷ N) и иметь энергетическую производительность 427 gigawatts. С этим видом работы, полет до Титана мог быть начат от низкой околоземной орбиты с ускорением почти 4g и, в принципе, мог быть выполнен с низкой массой запуска, дешевой и высокой эффективностью(КПД).

Забрин также рассматривает(считает), как NSWR мог бы использоваться в более честолюбивом 120-летнем одностороннем полете(задании) зонда в Алфу Синтори. Он предполагает 300-тонный космический корабль, несущий 2700 тонн топлива воды соли, содержащего 90 % обогащенный уран. Это высоко обогащенное топливо было бы сожжено в высоком двигателе эффективности(КПД), чтобы произвести скорость истечения 4 700 000 мс, разрешая космический корабль достигнуть скорости, которая является 3.63 % скорости света. Он предлагает использовать большинство топлива для ускорения и использовать магнитный парус (см. Аналог, Май - '92) для замедления, создавая сопротивление против межзвездной среды.


Что Забрин описал, поэтому, является высокоэнергетической пространственной технологией двигателя, подходящей для глубокого космоса и межзвездных полетов(заданий), которые могли быть осуществлены с довольно скромными расширениями(продлениями) текущей технологии. Кроме того, конец холодной войны оставил по его следу значительные запасы расщепляющихся материалов (239Pu и высоко обогащенный 235U) от выводимого из эксплуатации ядерного оружия, которое может быть расценено как источник дешевого топлива для таких проектов. Забрин также указывает, что, несмотря на очень радиоактивный выпуск NSWR, сам двигатель не должен быть радиоактивен к любой существенной степени. Топливо имеет только альфа действие низкого уровня, продукты деления от использованного топлива продуваются в космос, и вызванное действие от большого нейтронного потока, произведенного горением(сжиганием) расщепления может быть минимизировано, строя двигатель от таких низких материалов активации как графитовый и кремниевый карбид. Как только двигатель выключен, поэтому, не должно быть никакого существенного радиоактивного оборудования, представляют подвергать опасности экипаж пилотируемого полета.


Очень радиоактивный выпуск, конечно, составляет главное неудобство для NSWR схемы. Перспектива загрязнения пространства с радиоактивной отходами уверена тянуть сильную оппозицию(возражение) от тех же самых экологических и антиядерных групп, которые выступили против использования ядерных источников питания в полетах глубокого космоса НАСА. Забрин утверждает, однако, что скорость истечения NSWR 66 км/секунд далеко превышает вторую космическую скорость любой планеты, и что, пока вектор выпуска не пересекается, Земля "количество примеси, достигающей Земли могла быть незначащая" даже в запуске NSWR от низкой околоземной орбиты. Фактически, так как атомы выхлопного газа имеют достаточную скорость, что они не связаны тяготением Солнца хорошо, удаленный выпуск рассеет быстро и скоро оставит Солнечную систему в целом. Забрин также указывает, что, так как NSWR - не оружие или бомба, ее испытание, и использование не нарушает 1968 Договор о запрещении ядерных испытаний. Поэтому, в отличие от Orion схемы, ее использование, поскольку пространственная двигательная установка является юридической(законной).


, конечно, было бы немного очень требующих технических вызовов в проектировании сейфа и надежного NSWR. Чрезвычайно высокая температура выпуска и скорость устройства представляют специфический вызов в проектировании сопла выпуска для NSWR, который не будет строго разрушен в течение краткого периода. Забрин предлагает, что неразрывное течение нормальной (несоленой) воды по поверхности камеры реакции и сопла могло обеспечить охлаждение и дополнительную массу реакции, но это остается демонстрироваться. Полный проект также должен был бы рассмотреть(счесть) возможные виды отказа, включая возможность топливного отказа(неудачи) насоса, который мог причинить топливную детонацию в пределах, а не позади камеры реакции. Они, кажется, разрешимые проблемы, но к ним нужно обратиться бы.


В резюме, NSWR, кажется, радикальное, но выполнимое решение проблемы установки межзвездного полета(задания) с чрезвычайно существующей технологией. Беспилотный зонд Алфы Синтори типа, который Забрин предлагает, мог быть построен, начинаясь сегодня и по стоимости, которую я предположу, был бы намного меньше чем растущая ценовая бирка обеспокоенной космической станции НАСА проект Свободы. Ожидаемое время полета(задания) 120 лет - долгое время. Но чем скорее мы начинаем, тем скорее мы (или наши потомки) доберутся, closeup смотрит на наши соседние системы звезды.



Ссылки(Рекомендации):

Ядерная Ракета Воды Соли:
R. Забрин, " Ядерные Ракеты Воды Соли: Высокая Тяга в 10 000 секунд I", Журнал британского Межпланетного Общества

Коротко говоря товарисч утверждает что можно подобрать такую скорость движения воды с растворенной солью урана и геометрию потока, что ядерная реакция будет идти только на выходе так, что поток тепла сквозь эту воду не успеет сжечь корабль.
При этом обещает тягу в 1300 тонн при Уи=6700сек.
:o

Импульс и тяга может и правильные...
Но - если я не ошибся с концентрацией - наружу вылетит порядка тонны высокоактивного урана - и всё это на низкой орбите...
Тут не только зелёные его повесят...

Импульс и тяга может и правильные...
Но - если я не ошибся с концентрацией - наружу вылетит порядка тонны высокоактивного урана - и всё это на низкой орбите...
Тут не только зелёные его повесят...

 

Ну, можно и на высокую вытащить... Все-таки плюсы у конструкции есть: относительная простота, компактность, малая сухая масса, высокий УИ, некриогенное топливо...

К Урану за гелием - самое оно летать.

Импульс и тяга может и правильные...
Но - если я не ошибся с концентрацией - наружу вылетит порядка тонны высокоактивного урана - и всё это на низкой орбите...
Тут не только зелёные его повесят...

 

Дык вылетит со скоростью 66км/сек по касательной к орбите. Любой ГФЯРД будет выбрасывать высокоактивный уран в количестве не меньше 1% расхода рабочего тела. Ну и улетит этот уран нахрен из солнечной системы.. Для захоронения высокоактивные отходы специально хотели на орбиту вокруг солнца выводить. А тут само собой получается- зеленые должны быть просто счастливы, что уран с Земли убирают. ;D
А вот на счет реализуемости импульса и тяги как раз хотелось бы послушать аксакалов..

А вот на счет реализуемости импульса и тяги как раз хотелось бы послушать аксакалов..

 

А нет ТАКИХ аксакалов - кто с калькулятором, тот и аксакал
В области ядерных реакций энергии таковы, что теоритически любые импульсытяги возможны

Ник
P.S. Странно, но у Лема в Эдеме примерно такие корабли и описаны ::)

А нет ТАКИХ аксакалов - кто с калькулятором, тот и аксакал
В области ядерных реакций энергии таковы, что теоритически любые импульсытяги возможны

Ник
P.S. Странно, но у Лема в Эдеме примерно такие корабли и описаны ::)

 

Так, только вот стенки, стенки движка не держат эту прорву энергии. Тоисть хорошо бы чтоб их вовсе не было как в Орионе или передача тяги на струю воды в тонкостенной охлаждаемой ею же трубе. Труба конечно с краю будет испаряться, но можно постепенно выдвигать ее из крабля для сохранения дистанции до "непрерывного ядерного взрыва" по ходу присоединяя новые сегменты. Сегменты трубы можно из карбида бора сделать и хранить в том же баке что и раствор. При тяге в 1300т и давлении в трубе 400ати диаметр ее около 80см получается. Но для старта с орбиты 4Г не обязательно- можно тягу и в три раза уменьшить.
Эх, хотелось бы послушать мнение Татарина по етому поводу. Т.е. возможно ли вообще резко взрывать тонкий слой раствора после выхода струи из поглотителя нейтронов? Или все будет медленно греться и разлетится раньше чем будет достигнута высокая температура? И какова ориентировочно скорость потока?

Эх, хотелось бы послушать мнение Татарина по етому поводу. Т.е. возможно ли вообще резко взрывать тонкий слой раствора после выхода струи из поглотителя нейтронов? Или все будет медленно греться и разлетится раньше чем будет достигнута высокая температура? И какова ориентировочно скорость потока?

 

Правильнее спрашивать yuu2... Резко взрывать не получится - конечно, оно будет греться и разлетаться задолго до этого, нужно ограничивать разлет.

Но скорость потока прикинуть можно. Среднее время термализации нейтрона - порядка 200мкс, значит, если "активная зона" - порядка метра, то скорость пролета струи должна быть порядка километров в секунду.

ИМХО, много.

Кстати, интересный такой нюанс: если топливо вдруг останавливается, то все это дело фигакнет с жуткой силищей...

Правильнее спрашивать yuu2... Резко взрывать не получится - конечно, оно будет греться и разлетаться задолго до этого, нужно ограничивать разлет.

Но скорость потока прикинуть можно. Среднее время термализации нейтрона - порядка 200мкс, значит, если "активная зона" - порядка метра, то скорость пролета струи должна быть порядка километров в секунду.

ИМХО, много.

Кстати, интересный такой нюанс: если топливо вдруг останавливается, то все это дело фигакнет с жуткой силищей...

 

Ну это-то как раз обойти проще всего! Кто сказал что надо двигать топливо? Заморозим раствор в трубе нашпигованной трубками с стержнями из карбида бора И будем их вытягивать с заданной скоростью. При остановке стерженей рекция гаснет дойдя до них. Получится что-то вроде твердотопливной шашки торцевого горения.
А вот скорость неразрывно связана с расходом топлива Расход=скорость*площадь сечения. А при заявленной тяге и Уи расход должен быть порядка 200л/сек. Бочка в секунду. Т.е. скорость должна быть порядка метров/десятков метров в сек.
Тут еще вот какая штука - для Уи=66000м/с воду надо нагреть до температуры порядка миллиона градусов. При такой температуре плазма светит мягким рентгеном. Атомы кислорода/водорода быстро им ионизируются и плазма становится прозрачной для рентгена. Ионизируется следующий слой. Какова будет скорость фронта ионизации? Понятно, что скорость струи (или стержней) должна быть такой же дабы фронт ионизации не приближался к механическим частям девайса.
А вообще нафига вода?
Берем цилиндр из обогащенного урана (если надо- с поперечными слоями графитового замедлителя?) вдоль оси множество каналов с поглотителем нейтронов. Стержни поглотителя тянем с заданной скоростью, в какой-то момент в торцевом слое пойдет реакция -он испаряется. Нейтроны делят следующий слой, в глубь реакция не идет благодаря стержням-поглотителям. Задача- сделать активную зону с максимальным отношением диаметра к толщине. Тогда разлет вещества будет направленным в основном перпендикулярно торцу. Разлет в стороны можно также уменьшить оболочкой цилиндра из тяжелого неделящегося материала типа свинца, вольфрама или урана-238. Получится шашка торцевого ядерного горения с инерционным соплом. Каналы замедлителя можно охлаждать прокачивая охладитель- висмут/свинец или ртуть. Тяжелые металлы значительно трудней ионизируются рентгеном чем кислород/водород воды. Графит (если он нужен для замедления нейтронов)- в поперечных оси цилиндра слоях. Т.е. можно получить более высокую температуру в более тонком слое.
Получится нечто среднее между классической бомбой и реактором на быстрых (промежуточных?) нейтронах.

хорошо-бы сделать реактор по типу ренгеновской
лампы - эдакую конструкцию из сходящихся трубок
- ренгеновских направляющих , то в фокусе в идеале
можно получить до миллионов градусов нагревая вещество
.... конечно эффективность его наверное будет
невысока ,но если использовать его для запуска
синтеза .... :o ::)

Получить-то можно... Но что с этой плазмой дальше делать?

Получить-то можно... Но что с этой плазмой дальше делать?

 

Вот-вот. Как плазму превратить в тягу? В большую тягу-мощность позволяет. Как получить направленную струю плазмы и не испарить корабль?Только не говорите про магнитное поле на сверхпроводящих обмотках. Накрылось поле- накрылся корабль с экипажем. Да и отношение тяга/масса неудовлетворяет.
Можно геометрией активной зоны. И в Орионе и водно-солевой ракете это предлагается.
Орион по косточкам тут разбирали - реально, но попадает под договор о запрещении любых ядерных взрывов.
Взрыв длящийся несколько минут - уже не взрыв, а управляемая ядерная реакция. Вполне можно испытывать в дальнем космосе.

хорошо-бы сделать реактор по типу ренгеновской
лампы - эдакую конструкцию из сходящихся трубок
- ренгеновских направляющих , то в фокусе в идеале
можно получить до миллионов градусов нагревая вещество
.... конечно эффективность его наверное будет
невысока ,но если использовать его для запуска
синтеза .... :o ::)

 

Хм, рентгеновские направляющие это да! А как направить рентген? ::)

Хм, рентгеновские направляющие это да! А как направить рентген? ::)

 

обычный ренгеновский концентратор - сходяшиеся
под очень небольшим углом трубочкикапиляры ...

обычный ренгеновский концентратор - сходяшиеся
под очень небольшим углом трубочкикапиляры ...

 

Сдается мне испарятся эти трубочки в процессе концентрации нужного количества энергии...

Ну это-то как раз обойти проще всего! Кто сказал что надо двигать топливо? Заморозим раствор в трубе нашпигованной трубками с стержнями из карбида бора И будем их вытягивать с заданной скоростью. При остановке стерженей рекция гаснет дойдя до них. Получится что-то вроде твердотопливной шашки торцевого горения.

 

Не выйдет, ИМХО: слишком большое энерговыделение.

А вот скорость неразрывно связана с расходом топлива Расход=скорость*площадь сечения. А при заявленной тяге и Уи расход должен быть порядка 200л/сек. Бочка в секунду. Т.е. скорость должна быть порядка метров/десятков метров в сек.

 

Не-а... минимальная скорость - это та, при которой топливо вылетает из зоны ДО того, как термализуются нейтроны. Это сотни мкс. Расход - он, конечно, тоже играет, но уже площадью сечения, скорее... Потому что и минимальной скорости достичь, ИМХО, очень сложно.
Весь смысл затеи в том, чтобы энерговыделение происходило ВНЕ зоны и не было бы контакта с плазмой... в вакууме критичность - хрен обеспечишь... Значит, остается трюк с "медленно замедляющимися" нейтронами. А тут сразу всплывает время термализации. Его, конечно, можно уменьшить (взять больше углерода вместо водорода, например), но не принципиально.

Тут еще вот какая штука - для Уи=66000м/с воду надо нагреть до температуры порядка миллиона градусов. При такой температуре плазма светит мягким рентгеном. Атомы кислорода/водорода быстро им ионизируются и плазма становится прозрачной для рентгена. Ионизируется следующий слой. Какова будет скорость фронта ионизации? Понятно, что скорость струи (или стержней) должна быть такой же дабы фронт ионизации не приближался к механическим частям девайса.

 

Это все та же проблема с теплопереносом. Теплоперенос для жидкого топлива будет, конечно, радиационный... причем во всех диапазонах...

Антиматерия домчит обитаемый корабль к Марсу за полтора месяца

http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/04/17/160200.html

 

Двигатель на антивеществе с Уи=900сек вряд ли имеет смысл, абляционный с Уи=5000сек - классический Орион только на антивеществе. С классическим для Ориона кпд порядка 1-2%.
Так что 10мг антипротонов не обойдешся. Это всего 0,2Кт ТНТ, а для полета на Марс Ориону потребно порядка 1000 зарядов минимум по 1Кт. Если верить тому что написано, то всю земную энергетику давно выгодно было перевести на антипротоны. Производство антипротонов на единицу энергии много-много дороже производства плутония или урана235.
Если бы удалось наладить производство этих капсул с антипротонами то это было бы прежде всего идеальное оружие.

Не выйдет, ИМХО: слишком большое энерговыделение.
Не-а... минимальная скорость - это та, при которой топливо вылетает из зоны ДО того, как термализуются нейтроны. Это сотни мкс. Расход - он, конечно, тоже играет, но уже площадью сечения, скорее... Потому что и минимальной скорости достичь, ИМХО, очень сложно.
Весь смысл затеи в том, чтобы энерговыделение происходило ВНЕ зоны и не было бы контакта с плазмой... в вакууме критичность - хрен обеспечишь... Значит, остается трюк с "медленно замедляющимися" нейтронами. А тут сразу всплывает время термализации. Его, конечно, можно уменьшить (взять больше углерода вместо водорода, например), но не принципиально.
Это все та же проблема с теплопереносом. Теплоперенос для жидкого топлива будет, конечно, радиационный... причем во всех диапазонах...

 

И для жидкого и для твердого (например композиция уран235+углерод)
А как передать тягу от этой плазмы кораблю? Только через сечение струи/цилиндра. Меньше сечение-больше давление..
Для заявленной тяги и Уи при скорости струи 1км/с сечение получается 2см2, а статическое давление в потоке 600000атм... Стенки сожрут весь Уи-они ведь тоже расходуемые. Причем снижение тяги ничего не дает- меньше тяга-меньше расход-меньше сечение-давление тоже. Я уж не говорю про обеспечение критичности в струе диаметром меньше 1см...
Нет урановый цилиндр мне больше нравится, а энерговыделение можно отрегулировать количеством замедлителя, процентом обогащения урана и скоростью вытягивания поглотителя нейтронов.

Интересные страницы из книги Гильзина "Электрические межпланетные корабли"-1970г

Нет урановый цилиндр мне больше нравится, а энерговыделение можно отрегулировать количеством замедлителя, процентом обогащения урана и скоростью вытягивания поглотителя нейтронов.

 

Еще раз: как обеспечить требуемую скорость пролета топлива?

Дилиеема проста: либо мы имеем полное энерговыделение в твердотельной зоне (со всеми проблемами для конструкций, ограничениями на температуру и пр.), либо должны обеспечить вынос части АЗ за пределы корабля за упомянутые секунды.

В первом случае - имеем обычный, традиционный ТфЯРД. Второй случай... хм...ИМХО, и с жидкостью там все будет непросто.

Еще раз: как обеспечить требуемую скорость пролета топлива?

Дилиеема проста: либо мы имеем полное энерговыделение в твердотельной зоне (со всеми проблемами для конструкций, ограничениями на температуру и пр.), либо должны обеспечить вынос части АЗ за пределы корабля за упомянутые секунды.

В первом случае - имеем обычный, традиционный ТфЯРД. Второй случай... хм...ИМХО, и с жидкостью там все будет непросто.

 

А что нам мешает вынести ТФЯРД за пределы корабля? Конечно это будет необычный реактор. Длинный урановый заряд с движущейся от дальнего конца активной зоной. Что-то типа бенгальского огня. Разрушаемый в процессе работы.

А что нам мешает вынести ТФЯРД за пределы корабля? Конечно это будет необычный реактор. Длинный урановый заряд с движущейся от дальнего конца активной зоной. Что-то типа бенгальского огня. Разрушаемый в процессе работы.

 

Что мешает?
Мягко говоря, большое количество урана, которое требуется для создания критичности.

Что мешает?
Мягко говоря, большое количество урана, которое требуется для создания критичности.

 

Посчитать конечно мне трудно. Но, масса голой критичной сферы урана 235 равна примерно 50кг, нам надо получить критичный цилиндр с отношением диаметра к высоте скажем 10. Предположим его масса равна 200кг (по справочнику Стеля ) тогда диаметр будет равен 50см, а толщина активной зоны 5см. С боков активная зона ограничена отражателем из урана238, со свободного торца подсвечена нейтронами предыдущего слоя, с другого торца ограничена стержнями-поглотителями нейтронов. Стержни уходят с заданной скоростью сохраняя постоянной дистанцию до зоны деления.
Эта дистанция будет определять степень критичности зоны, а значит и энерговыделение. Уран используется и как источник энергии и как рабочее тело. Если эти 5см будут сгорать за 1сек то тяга составит 2000т при скорости разлета 100км/сек. Энерговыделение должно быть при этом 1000ГВт что соответствует 240т тротилового эквивалента в секунду... Это соответствует полному делению всего 12г урана235 из 200кг.

Не понял идеи... а как поддерживать механическую прочность и целостность конструкции?
Или, другими словами, как обеспечивать нужную реактивность? и не допускать разгона на мгновенных нейтронах?