Архив рубрики: Радиационная безопасность

392. АТОМНАЯ ПОДВОДНАЯ ЛОДКА «КАЗАНЬ»

Страница от 9 апреля 2017 года «392. АТОМНАЯ ПОДВОДНАЯ ЛОДКА «КАЗАНЬ»» преобразована в запись

«Казань» на воде: Чем удивит противника модернизированный подводный «Ясень»

31 марта на «Севмаше» прошла торжественная церемония спуска на воду многоцелевой атомной подводной лодки «Казань» усовершенствованного проекта «Ясень-М».

«Севмаш» сумел, несмотря на определенные трудности при строительстве этих кораблей, когда работают несколько тысяч предприятий-кооператоров, успешно их преодолеть. Мы получили современнейший корабль с современной боевой интегрированной системой, с современными средствами связи и ракетно-торпедным комплексом и, конечно же, с пониженной шумностью по сравнению с предыдущими», — сказал Королев.

https://defence.ru/editors-choice/kazan-na-vode-chem-udivit-pervii-modernizirovannii-podvodnii-yasen/

618. СПАСАЙСЯ, КТО ЗНАЕТ!

Страница от 22 декабря 2017 года «618. СПАСАЙСЯ, КТО ЗНАЕТ!» преобразована в запись

10 неожиданно радиоактивных вещей и мест

 Мы с детства знаем, что радиация — это опасно. В первую очередь, конечно, ядерные бомбы и пострадавший от аварий ядерные электростанции, плюс стоит держаться подальше от ядерных отходов. Чего мы обычно не знаем, так это того, что многие повседневные вещи содержат радиоактивные изотопы, пусть зачастую и в совершенно микроскопическом количестве.

Сергей Евтушенко
Фото

Бразильские орехи. 

Не самый распространённый в наших широтах продукт, но зато один из самых радиоактивных в мире. Содержит радий, около 40−260 бк/кг, что в 1000 раз выше, чем в других орехах. Что, в общем-то, всё равно толком не облучит ваш организм, если не питаться только ими на протяжении многих лет. 

Фото

Центральный вокзал Нью-Йорка. 

Крупнейший вокзал во всё мире таит в себе один неприятный сюрприз — уровень радиации на нём местами превышает допустимый даже на атомных электростанциях. Фон создают стены из натурального гранита, и да, он не представляет серьёзной угрозы. 

Фото

Город Денвер. 

Ещё одна невесёлая новость для туристов: столица штата Колорадо — официально один из самых радиоактивных городов мира. Уровень его радиации превышает стандартный городской примерно в два раза! Правда, этого всё равно недостаточно, чтобы сколько-то серьёзно навредить его гражданам. 

Фото

Тритиевые таблички. 

А также брелоки, часы, и прочая светящаяся мелочь. Свечение в них вызывается бета-распадом радиоактивного изотопа водорода — трития. Пока предметы герметичны, они абсолютно безопасны, но их ни в коем случае нельзя разбивать. 

Фото

Наполнитель для кошачьего туалета. 

Один из основных компонентов для наполнителей лотков животных — бентонит, глинистый материал, который прекрасно впитывает влагу. Также он может содержать остатки урана и тория, попавшие в него ещё при добыче. Незначительное количество, но фон создаст. 

Фото

Бананы. 

Да, они радиоактивные. И этот факт настолько популярен, что существует даже термин «банановый эквивалент», которым измеряют радиоактивность других веществ. В бананах содержится калий-40, но даже если вы будете питаться ими всю жизнь, то не сможете заработать лучевую болезнь. 

Фото

Гранитные кухни. 

И снова гранит — на этот раз в качестве красивых столешниц на дорогих кухнях. Хотя счётчик Гейгера в таких помещениях может немного напугать, особой угрозы для здоровья они не несут. 

Фото

Сигареты. 

Табак прекрасно накапливает в себе полоний-210, один из самых известных радиоактивных изотопов. Затем он попадает почти во все марки сигарет. Полоний-210 весьма токсичен, но для серьёзного вреда организму нужна доза значительно более высокая, чем потребляет даже самый заядлый курильщик. Период его распада — 138 дней, что не позволяет ему накапливаться в организме. 

Фото

Старая керамическая посуда. 

Старая посуда, произведённая в первой половине XX века, особенно покрытая красной или оранжевой глазурью, вполне может содержать соли урана. И не сказать, что в маленьком количестве, есть из такой утвари небезопасно. 

Фото

Глянцевая бумага. 

Как и в случае с кошачьим наполнителем, виновата глина — на этот раз каолин. Он также может содержать в себе «сохранённые» ещё при добыче уран и торий. Надо заметить, что каолин используется во многих лекарствах, и не несёт угрозы облучения. 

https://www.popmech.ru/science/297422-10-neozhidanno-radioaktivnykh-veshchey-i-mest/?utm_source=email_pm-editorial&utm_medium=email&utm_campaign=20161205_daily&utm_content=title_1

416. “ИКАР”- СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЗЕМЛИ

Страница от 6 июля 2017 года «416. “ИКАР”- СИСТЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЗЕМЛИ» преобразована в запись на ленте сайта

“ИКАР”- система глобальной защиты Земли

  • Кузьмин А.Р., Денисов В.Д. и др. «ИКАР» система глобальной защиты Земли от случайных факторов космического пространства ближнего радиуса действия.// Труды симпозиума «Космос и глобальные проблемы человечества», Рига, 2010.

В работе исследована ситуация в околоземном космосе, факторы глобальной опасности жизни человечества, параметры факторов космического пространства. Предварительный теоретический анализ показал, что для развёртывания космического пояса безопасности  Земли,  без учёта стадии НИОКР, силами трёх космических держав: Россия, США и Объединенная Европа необходим один год.

См. далее — “ИКАР”- система глобальной защиты Земли

2019. ПРОБЛЕМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕЖПЛАНЕТНЫХ ЭКСПЕДИЦИЙ (НА КОСМИЧЕСКОМ КОРАБЛЕ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЯДЕРНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ)

Страница от 1 июля 2016 года «ПРОБЛЕМЫ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕЖПЛАНЕТНЫХ ЭКСПЕДИЦИЙ (НА КОСМИЧЕСКОМ КОРАБЛЕ С КОМБИНИРОВАННОЙ ЯДЕРНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ)» продублирована на ленте в качестве номерной записи
Денисов Владимир Дмитриевич, denisov-vd@mail.ru
Ошкин Алексей Евгеньевич, kerava312@mail.ru

С.П. Королев сумел использовать боевую ракету для прорыва в космос и сделал нашу страну первой космической державой на Земле. Однако необходимая для колонизации Луны и Марса стартовая масса космических ракет, поражает своими масштабами, несмотря на то,  что более пятидесяти лет известны и другие технологии и концепции реализации задач освоения дальнего космоса, недоступные химическим ракетам.

Джонатан Свифт в своих художественных произведениях описал летающие в магнитосфере острова. Эту идею выдвигал и прорабатывал Цандер и другие пионеры космонавтики (см. А. Казанцев. «Донкихоты вселенной»). Денисов В.Д. тоже в молодости увлекался этим направлением и получил авторское свидетельство на «Летательный аппарат на электромагните», выступал на научно-технической конференции ЦКБМ(ф). Известны варианты комбинированных кораблей построенных на принципах электромагнита и инерциоида (см. Серл, Рощин и Годин [17]). Однако неизвестны не только факты завершения этих работ, но и не достигнуто полное описание и понимание действующих здесь физических принципов.

При описании проектов экспедиций на Марс обычно описывают лишь экспедиционный комплекс, масса которого к настоящему времени сократилась до 500 тонн. А началось с Вернера фон Брауна [12,7], который в послевоенные годы похвалялся за 100 миллионов долларов отправить экспедицию на Марс. При этом масса его экспедиционного комплекса на высококипящем топливе по его проекту составляла 9000 тонн, что потребовало бы стартовать с Земли миллиону тонн ракет-носителей. Заметим, что МКС, собираемая на орбите более 15 лет весит около 500 тонн. Это говорит о бредовости и экологической опасности амбиционного проекта Брауна. Пора строить совершенные космические корабли, не требующие ракет.

В восьмидесятых годах прошлого века в Филях рассматривался проект суборбитального самолета В. Мясищева МГ-19, рис. 1. КБ «Салют», защитил проект пятью авторскими свидетельствами на корабль и его составные части. Казалось бы, в отличие от магнитолетов и энерциоидов, этот корабль строился на всем готовом и реализация его близка, однако десятилетия запросов средств на его создание по министерским кабинетам не увенчались до сих пор не только реализацией, но и стартом проекта, несмотря на его эффективность.

1_МАКК на основе суборбитального самолета МГ-19

Рис.1. МАКК на основе суборбитального самолета МГ-19.

Варианты этого проекта описаны в работах [1, 2, 3, 4, 5 ,6, 7]. Конечно это не единственный вариант, есть и другие. Необходимо лишь встать на этот путь развития и путем постоянной модернизации комплекса, шаг за шагом повышать совершенство проекта, аналогично компьютерам, которые были размером с небоскреб, а теперь умещаются на ладони. «Дорогу одолеет идущий». Можно многократно десятками лет критиковать проект и загонять человечество из одного тупика в другой, так и не решив проблему. А всем известно, что без освоения ядерной энергетики в космосе, люди дальше Луны не улетят и от астероидов не защитятся.

В КБ «Салют» составные части этого проекта разрабатывались около пятидесяти лет в рамках тем М-19, М-30, М-60, МГ-19, Метеорит, Полюс, Байкал, Бумеранг, МРКС, ТЭМ. Здесь созданы ракеты всех классов, включая крылатые, созданы космические разгонные блоки, в том числе на криогенных компонентах топлива, созданы модули пилотируемых космических станций, разработаны многоразовые ракеты-носители и созданы космические аппараты нескольких типов. Накоплены знания и создан коллектив специалистов способный творить чудеса, сложились уникальные условия для реализации суперинновационных проектов…

Острой проблемой в данном проекте, не решенной нашей цивилизацией, является проблема радиационной безопасности. Эта проблема относится и к эксплуатации ядерных электростанций и атомных ледоколов и атомных подводных лодок, постоянно бороздящих просторы земных океанов. Дело в том, что во всех перечисленных объектах, поработавшие (комбинированные) ядерные двигатели и энергоустановки, продолжают «светиться» более 500 лет и после выключения. Это обусловило отказ от дальнейшей разработки ядерного экспедиционного космического комплекса до решения вопросов радиационной безопасности экипажа, послеполетной дезактивации. Эта проблема злободневна для всех действующих ядерных объектов. К тому же из-за дороговизны многоразовой комбинированной ядерной двигательной установки, многоразовый корабль данного класса проигрывает одноразовым ракетам в решении транспортных задач обслуживания низких околоземных орбит.

На современном уровне техники решение проблемы радиационной безопасности экспедиции может быть найдено на двух направлениях:

— увеличение радиационной защиты или уменьшение потребной мощности ядерных бортовых систем до приемлемого уровня,

— создание безлюдных производств для утилизации ядерных объектов до наночастиц, с последующей их массоспектрометрической сортировкой и целевым использованием полученного сырья.

Полученные в 80-х годах результаты НИР легли в основу разработки Моноблочного экспедиционного атмосферно-космического комплекса нового поколения, называемого в работах [1, 2, 3, 4, 5] как МЭКК или МАКК. Эти работы выявляют новое направление в развитии космонавтики – моноблочные атмосферно-космические комплексы (МАКК). По мнению авторов, к ним можно отнести, наряду с суборбитальным самолетом Мясищева М-19 и ЛКА МГ-19, Ту-2000 (Россия), проекты «Х-33» и «Аспен» (США), «Хотол» и «Скайлон» (Великобритания). Дело в том, что совсем не обязательно отделять полезный груз этих кораблей на опорной орбите. Можно разместить груз, например на этажерке-транформере, размещенной под створками грузового отсека. Развернув целевое оборудование на орбите, можно проводить необходимые исследования непосредственно с борта корабля, не спуская его с орбиты до выполнения задачи, аналогично Х-37В (США). При таком использовании моноблочный космический комплекс становится намного эффективнее [4].

Заметим, что к настоящему времени предложен безъядерный вариант многоразового космического комплекса «Скайлон» для выхода на низкую околоземную орбиту, использующий запасаемые в полете попутные ресурсы. Для межпланетного перелета на нем могут быть установлены создаваемые в настоящее время в рамках проекта транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) ядерные электроракетные двигатели мегаваттного класса и осуществлена дозаправка комплекса на орбите необходимыми в экспедиции рабочими телами, рис. 2.

Скайлон
и его двигатель

Рис. 2. Скайлон и его двигатель

Структура радиационного воздействия на экипаж в экспедиции.

При разгоне на отлётную траекторию к Луне  и обратно, космический корабль пролетит дважды радиационные пояса Земли и пересечёт область орбит захоронения спутников. Также, в условиях глубокого космоса присутствует  радиация от ГКИ. При полётах КА на различные орбиты были зарегистрированы годовые дозы от облучения без защитных экранов (см. табл. 1).

Таблица 1. Значения поверхностной годовой поглощенной дозы,  [Гр-год] для стандартных орбит КА

Орбита КА и  высота орбитыЭлектроныПротоныСумма
Околоземная круговая орбита станции «Мир», 350 км6,4·102156,55·102
Околоземная круговая орбита МКС, 426 км1,17·103481,22·103
Геостационарная круговая, 35790 км5,36·1058,3·1068,8·106
ГЛОНАСС/GPS, круговая, 19 100 км3,80·1051,97·1062,35·106
Высокоэллиптическая, 500-39660 км2,57·1073,12·1075,69·107
Стандартная полярная орбита, круговая, 600 км2,45·1032·1022,65·103
Переходная орбита  «Земля-Луна» 400-384400 км.1,09·10111,09·10112,00·1011

Рассмотрим одну из схем марсианской экспедиции на российском корабле типа МГ-19. Сравнительные данные по радиационному воздействию от ядерной энергоустановки корабля на расстоянии 70 метров при включенном и выключенном состоянии и реликтового фона (солнечного ветра) в межпланетном полете к орбите Марса на экипаж в традиционном гермоотсеке типа ФГБ МКС с энергоблоком и теневой защитой ЯР, аналогичной ТЭМ, приведены в таблице 2. Эти данные получены с учетом закономерности ослабления свечения конструкции энергоблока после выключения, показанной на рисунке 3.

Закономерность ослабления свечения конструкции энергоблока после выключения

Рис.3. Закономерность ослабления свечения конструкции энергоблока после выключения

Таблица 2. Сравнительные данные по радиационному воздействию в типовой кабине экипажа экспедиционного корабля.

Этапы полета
12345678910
время полета, сут.Взлет 7ГВт, 30 минПосадка 4ГВт, 1часПерелет 2МВтОстановленный реактор 7ГВтМежпланетный перелет, СКЛ и ГКЛСолнечная вспышка, 6 часовПерелет через РПЗ, 12 часовПерелет через РПЗ с малой тягойСуммарная доза в Экспедиции, рад
Доза от реактора, радЕстественная радиация, рад
Полет к Марсу
500651417810500160030020300020229
128820(беспилотник)308
30Пребывание на Марсе756756
Возвращение с Марса к Земле
20 мин455455
5004000700016006010350016170
7Пересадка на СА(беспилотник)
Структура облучения
Тип потокаНейтроны, гамма-фотонынейтр + гамманейтр + гаммагаммасолнечные протоны  и гамма излучение галактическоесолнечные протоныпротоны, электроны ЕРПЗ, СКЛ, ГКЛпротоны, электроны ЕРПЗ, СКЛ, ГКЛ

В таблице 2 представлены результаты расчетов воздействия реактора, без дополнительной теневой защиты реактора, существенной снижающие суммарную поглощенную дозу.

Анализ результатов расчетов, приведенный в таблицах, показывает, что наибольшую радиационную опасность вносит работающий ядерный реактор, помимо этого сильный вклад в длительном пассивном полете вносит радиация от остановленного реактора маршевой установки, а так же радиация от солнечных космических лучей и галактических космических лучей. Особую опасность представляет собой солнечная активность, в период солнечной вспышки радиация может достигнуть 1000рад за время вспышки. При выведении на межпланетную траекторию с помощью двигателей малой тягой значительную опасность представляют собой естественные радиационные пояса Земли (ЕРПЗ). Это говорит о необходимости дополнительной радиационной защиты обитаемого отсека и аппаратуры от солнечных вспышек и от солнечных космических лучей и галактических космических лучей или использования на этом участке роботов.

В настоящее время приняты общие максимальные дозы облучения человека в рекомендациях МКРЗ от 1958г. и в нормах НАСА от 1991г [22,23].

На основании практики защиты от радиации в атомной промышленности приняты безопасные дозы облучения в течении для персонала атомных станций-0,05бэр., определена доза острого однократного облучения-25 бэр (бэр- безопасный эквивалент радиации). То есть, при превышении этой дозы возникают необратимые последствия, ведущие к первым признакам лучевой болезни. По этой оценке безопасной дозой облучения считается превышение нормируемой дозы в 10%. Поэтому ввели понятие «Эффективной дозы облучения» — Dэф.

Блэр [21] первым выдвинул рабочую гипотезу для эмпирического описания лучевого поражения на основе формулы:

Dэф. =D0[f+(1-f)*eßt] ,

 где D0-физически измеренная общая доза; f-величина необратимого поражения; ß-константа восстановления организма;  t-время после облучения (сутки).

Эта формула не учитывает динамику восстановления организма, поэтому безопасные дозы облучения рассчитывают с помощью более сложных формул. Кроме того, в реальном полёте на космонавта будут действовать все факторы космического пространства, следовательно, необходимо учитывать адаптацию организма, приведенную в таблице 3.

Таблица 3. Степень воздействия гамма-облучения на космонавта.

Доза, бэрДействие на человека
0-25Отсутствие явных повреждений
20-50Возможно изменение состава крови
50-100Изменение состава крови. Повреждения
100-200Повреждения. Возможна потеря трудоспособности
200-400Нетрудоспособность. Возможная смерть
400Смертность 50%
600Смертельная доза

Таблица 4 Значения дозовых лимитов облучения космонавтов при полетах различной продолжительности

Критический орган, глубина в тканиПродолжительность экспозицииДозовый лимит, эквивалентная доза, Зв
1Все телоПрофессиональный, за карьеру1,0 эффективная доза
2Кроветворные органы, (красный костный мозг), 5 смОднократное острое0,15
330 дней0,25
4Один год0,5
5Хрусталик глаза, 0,3 см30 дней0,5
6Один год1,0
7За карьеру2,0
8Кожа, 0,01 см30 дней1,5
9Один год3,0
10За карьеру6,0

Рассчитаны [23] предельно допустимые дозы облучения специально для космического полёта  и вероятности переоблучения. Для полёта в течении года предельно допустимая доза составляет 150 бэр. Для более продолжительных экспедиций предельно допустимая доза 275 бэр.

В этой оценке учитывался индивидуальный отбор космонавтов по сопротивляемости организма радиации и современные медицинские средства компенсации после  воздействия радиации на организм. Для защиты экипажа пилотируемых космических кораблей и аппаратуры  при полётах на Луну необходимо корпус кабины МЭКК оснащать радиационной защитой.

Конструкция радиационной защиты долговременных орбитальных средств

Рисунок 4 – Конструктивная схема ФГБ

Рисунок 4 – Конструктивная схема ФГБ

Для долговременных орбитальных станций особенность конструкции состоит в том, что между корпусом и зоной пребывания экипажа (ЗПЭ) располагаются все приборы, так как они увеличивают толщину защиты.

Защита от излучения реакторной установки

При наличии атомной двигательной  или энергетической установки  (ЯРД)  противорадиационная защита должна составлять не менее 50 г/см2. В таблице 3 представлены характеристики некоторых материалов ослабляющие воздействия гамма-излучения.

Таблица 5 Толщины слоев половинного ослабления гамма-излучения некоторых материалов

Материал защитыСлой половинного ослабления, смПлотность, г/см³Масса 1 см² слоя половинного ослабления
свинец1,811,320
бетон6,13,3320
сталь2,57,8620
слежавшийся грунт9,11,9918
вода18118
древесина290,5616
обедненный уран0,219,13,9
воздух150000,001218

Наиболее эффективно ослабляет гамма-излучение обедненный уран, чтобы снизить суммарную дозу от гамма-излучения на в 1000 раз необходимо обеспечить 2см толщины защиты, что соответствует 191 г/см2 массовой толщине защиты. Эту защиту необходимо расположить в непосредственной близости возле реактора (теневая защита РУ), так как размер защиты возрастает пропорционально квадрату расстояния удаления от реактора. В непосредственной близости к реактору масса такой защиты будет составлять 1,2 тонны.

В дополнение к теневой защите реактора могут служить и емкости с рабочим телом и другие пассивные конструкции корабля. Это облегчает решение весового уравнения комплекса на приемлемом уровне стартовых масс, тем более, что отдельные конструктивные элементы могут быть доставлены в догоняющих пусках заправщиков и спасателей.

Для защиты от нейтронного излучения могут служить емкости с запасами воды, так как она является хорошим материалом для экранирования. Вода может как отклонить потоки нейтронного излучения, так и существенно снизить .

Конструкция радиационной защиты МАКК

Для полётов к Луне в связи  с продолжительностью полёта не более недели можно ограничиться более лёгкой по исполнению пассивной защитой. Пассивную радиационную защиту в пилотируемых МАКК необходимо выполнить из слоя водной оболочки или подобрать из комбинации материалов. Исходя из материалов, которые исследовались в качестве радиационной защиты можно применить совмещённую с микрометеороидной  защитой (ММЗ) конструкцию в следующей комплектации:

  • — металлический пористый экран;
  • — экранновакуумная теплоизоляция (ЭВТИ);
  • — слой из полимерно-композиционных материалов;
  • — слой из стекла с глубинной зарядкой электронами;
  • — углепластиковый гермокорпус.

В качестве специальных мер защиты при работающем ядерном двигателе необходимо предусмотреть дополнительную теневую защиту (экран). Облегчает задачу зашиты комплексный подход в проектировании корабля. Компоновочные решения на 3D модели рисунка 5, показывают возможность использования для радиационной защиты экипажа смежных систем, в качестве которых могут служить и емкости с жидким водородом, длиной более 10 метров и другие пассивные конструкции корабля: перегородки, полезные грузы в грузовом отсеке: грейд-марсоход, горнодобывающий комбайн, роботы, запасы воды [4].

Рис. 5. 3D модель демонстратора МАКК типа МГ-19

Рис. 5. 3D модель демонстратора МАКК типа МГ-19.

Общая приведенная толщина перечисленных элементов на пути от энергоблока к отсеку экипажа может достигать 100-150 мм. Это облегчает решение весового уравнения комплекса на приемлемом уровне стартовых масс, около 500 тонн, тем более, что отдельные конструктивные элементы и запасы могут быть доставлены в догоняющих пусках заправщиков и спасателей.

Радиационная защита подразделяется на пассивную и активную. Активная радиационная защита в пилотируемых МАКК находится в теоретической и экспериментальной разработке. И при решении проблемы экранирования экипажа и бортовой аппаратуры МАКК от электромагнитных возмущений, активная радиационная защита на основе сверхпроводниковых электромагнитов может быть использована для защиты от радиации СВ и РПЗ.

Накоплен большой опыт по использованию пассивной радиационной защиты на атомных предприятиях, атомных подлодках и ледоколах.

Корпус из металла  при прохождении Галактического космического излучения, порождает вторичное излучение, опасное для здоровья космонавтов. Поэтому для полётов к Луне и Марсу потребуется дополнительная противорадиационная защита. Используя опытные данные по пассивной радиационной защите целесообразно использовать воду в качестве противорадиационного щита, совмещая с использованием  в системе СОТР и запасами воды в других системах, обеспечивающих жизнедеятельность экипажа.

Корпус из ПКМ из-за малого атомного числа Z=6 не порождает вторичного излучения, следовательно, при исполнении гермокорпуса из материалов  ПКМ  противорадиационная защита будет меньше по массе.

Обсуждается [13] использование противорадиационного убежища (РУ), как гарантированной защиты от СВ и РПЗ при толщине противорадиационной защиты не менее 30 г/см2. Для первой стадии полётов на орбиту Луны такой подход оправдан, поскольку, космонавты могут не покидать  РУ, так как полёт проходит в автоматическом режиме и продолжительность его невелика. Но при планировании в течение полёта ручных операций или выходов в открытый космос велик риск превышения допустимой дозы. Допустимая доза для экипажа КЛА при выполнении кратковременных полётов (до 30 сут.) составляет-15 бэр.

Расчёт допустимой дозы облучения  сделан  исходя из существующих нормативов для персонала атомных электростанций.  Для осуществления туристических полётов на орбиту Луны потребуется противорадиационная защита большей толщины. Вероятность переоблучения возникает не только во время СВ но и в течение выполнения работ на поверхности Луны или вне корабля на орбите. Поэтому, в таких экстремальных случаях в качестве дополнительной защиты применяют местную радиационную защиту более чувствительных органов, таких как, мозг и половые органы.

Исходя из информации в источнике:[8, 11], масса противорадиационного убежища должна составлять 100 тонн на объём — 10м3, при противорадиационной защите не менее 100 г/см2, следовательно, масса противорадиационного убежища  для экипажа численностью 6 человек при норме распределения объёма — 2м3 на каждого человека, может составлять 120 тонн, что неприемлемо для рассматриваемой концепции комплекса.

Эта оценка получена из расчёта 50% ослабления ГКИ. Расчёт сделан для длительных межпланетных полётов продолжительностью до 1000 суток.

Если мы хотим защититься от более проникающего состава ГКИ (высокоэнергетичных протонов и электронов), требуется противорадиационная защита до 500 г/см2. При наличии атомной двигательной  или энергетической установки  (ЯРД) противорадиационная защита должна составлять не менее 50 г/см2. Этот расчёт сделан при вероятности превышения допустимой дозы в 10 %.

Если же, снизить процент превышения допустимой дозы до 1%, то следует увеличить радиационную защиту ещё на 25 г/см2. Итого,  противорадиационная защита при превышении допустимой дозы в 1% должна составлять не менее 75 г/см2, что при площади поверхности радиационного убежища 20 кв. м потребует затрат 15 тонн массы. Возможность комплексирования этой массы с запасами воды, массой периферийного оборудования, микрометеороидной защиты и прочими смежными системами, свидетельствует о приемлемости таких затрат на МАКК.

Таблица 6. Суммарные характеристики излучений с учетом всех принятых мер защиты (дополнительный экран из урана, и защита из воды)

Этапы полета
12345678910
время полета, сут.Взлет 7ГВт, 30 минПосадка 4ГВт, 1часПерелет 2МВтОстановленный реактор 7ГВтМежпланетный перелет, СКЛ и ГКЛСолнечная вспышка, 6 часовПерелет через РПЗ, 12 часовПерелет через РПЗ с малой тягойСуммарная доза в Экспедиции, рад
Доза от реактора, радЕстественная радиация, рад
Полет к Марсу
5000,6514,17810,550302300395,329
10,2882(беспилотник)2,288
30Пребывание на Марсе0,7560,756
Возвращение с Марса к Земле
20 мин0,4550,455
500475061350418
7Пересадка на СА(беспилотник)
Структура облучения
Тип потокаНейтроны, гамма-фотонынейтр + гамманейтр + гаммагаммасолнечные протоны  и гамма излучение галактическоесолнечные протоныпротоны, электроны ЕРПЗ, СКЛ, ГКЛпротоны, электроны ЕРПЗ, СКЛ, ГКЛ

Выводы

Учитывая вышеизложенное, предлагается на последующих этапах моделирования моноблочного экспедиционного космического комплекса (МЭКК) рассмотреть следующие варианты повышения радиационной безопасности экспедиции:

  • Использование на участке выхода из гравитационного колодца планеты безядерного варианта комплекса типа «Скайлон»,
  • На участке межпланентного полета использование электроядерной энергодвигательной установки малой тяги,
  • Рассмотреть в качестве способа защиты частичное хранение кислорода и водорода на борту корабля в форме воды, размещаемой в баке, расположенном на оси кабина-реактор. На обратном пути с исследуемой планеты, водород также может быть частично запасен в форме воды. При этом после выхода из «гравитационного колодца» вода, по мере надобности, будет переводиться в кислород и водород, например путем электролиза с использованием имеющейся бортовой электростанции.

Снижение мощности энергоблока облегчает решение весового уравнения экспедиционного ядерного комплекса на приемлемом уровне стартовых масс, около 500 тонн.

Литература

1) В.Д. Денисов, На Марс на одноступенчатом корабле. Доклад на Академических чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2012.

2) В.Д. Денисов, Дело Мясищева В.М. живет. Материалы для музея Мясищева В.М. в г. Ефремов.

3) В.Д. Денисов, Дело Мясищева В.М. живет. Доклад на Академических чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2013 г.

4) В.Д. Денисов, Экспедиционный космический комплекс нового поколения. Доклад на Академических (Королевских) чтениях, Москва, 2013 г.

5) А. Ильин, И. Афанасьев. Королевские чтения 2013, ж. Новости космонавтики №.3, 2013, Москва.

6) В.Д. Денисов, Особенности космической баллистики экспедиционного космического комплекса нового поколения. Доклад на Академических (Королевских) чтениях, Москва, 2014 г.

7) В.Д.Денисов. Через тернии к звездам. Доклад на общественно-научных чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2014.

8) Перепелицкий Г.Н. Проекты самолетов «60», «30» и «60М» , Научно-технические разработки ОКБ-23 – КБ «Салют», Выпуск 1, под ред. Ю.О.Бахвалова, М, «Воздушный транспорт, 2006.

9)»Мировая пилотируемая космонавтика: история, техника, люди», коллектив авторов под ред. Ю.М.Батурина, М.:РТСофт, 2005 — 752 с.:ил.

10) А.А. Брук, К.Г. Удалов, Иллюстрированная энциклопедия самолетов ЭМЗ им. В.М. Мясищева (т. 8, 9), АвикоПресс, 2005.

11) Бурдаков В.П. и Данилов Ю.И., Физические проблемы космической тяговой энергетики, М, Атомиздат, 1969.

12) Пилотируемая экспедиция на Марс. Под ред. А.С. Коротеева. Российская академия космонавтики им. К.Э Циолковского, 2006.

13) В.Лапота. Начать строительство базы около Луны мы могли бы уже сегодня. Интервью Комсомольской правды А.Милкуса. 12.04.2014. и на сайте www.kp.ru

14) Коридор с Земли на Марс открывается. Газета. Вечерняя Москва 10-17 апреля 2014. М.Гладкова, А. Коц.

15) М.Набатникова. Где записаться на Марс. Газета Аргументы и факты. № 15.2014 и на сайте www.aif.ru

16) Модель космоса в 2-х томах, под редакцией проф. М.И. Панасюка и проф. Л.С. Новикова, Москва 2007г.

17) Интернет-ресурсы. Установка Рощина-Година. Машина Джона Серла. Экспериментальные исследования нелинейных эффектов в динамической магнитной системе, 2002.

18) Рекомендации МРКЗ от 1958 г.

19) Нормы НАСА от 1991 г., используемые на МКС.

20) Ю.Г. Григорьев. Радиационная безопасность космических полетов. М. Атомиздат. 1975 г.

21)Ушаков ИБ Результаты НИР Магистраль в 2013году и предложения на 2014 год, ИМБП, 2013.

22) Григорьев Ю.Г., Шафиркин А.В. НКРЗ. ГНЦ РФ-ИМБП РАН. Актуальные вопросы радиационной безопасности длительных космических полетов,  25-26 апреля 2011 Г., Дубна

23) Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991—96 гг. Интернет-ресурс. Wikipedia, http://www.golkom.ru/kme/02/1-169-4-1.html

24) Первая медицинская помощь. — М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г.

25) Энциклопедический словарь медицинских терминов. — М.: Советская энциклопедия. — 1982—1984 гг.

473. ОБСУЖДЕНИЕ ПРОЕКТА ИЛОНА МАСКА

Страница от 10 сентября 2017 года «473. ОБСУЖДЕНИЕ ПРОЕКТА ИЛОНА МАСКА» преобразована в запись

Обсуждение проекта Илона Маска

Илон Маск в своих презентациях обещал 10-кратное  уменьшение стоимости своих КК и РН за счёт многоразовости. Как видим, в настоящее время ему не удалось не только сравняться с одноразовыми КК и РН, но стоимость их превышает одноразовые КК и РН.

Смотрите: Экспертное заключение  №1 Консультативного совета сайта

482. ВАЛЕРИЙ ПРЕДЛАГАЕТ ПОСПОРИТЬ

Страница от 24 сентября 2017 года «482. ВАЛЕРИЙ ПРЕДЛАГАЕТ ПОСПОРИТЬ» преобразована в запись

Valerij56  17 сентября в 17:34

482. Перспективы, которые появляются с началом регулярных полётов Фалькона Хэви, и мои домыслы на этот счёт

Я с нетерпением жду начала регулярных полётов Фалькона Хэви. Прежде всего потому, что эта ракета кардинально снизит стоимость доставки на орбиту ПН, а это принципиально изменит ситуацию с космическим производством и с доступом в дальний космос. Вот табличка, где сравнивается стоимость доставки ПН на орбиту спомощью разных носителей:

image

Табличка, к сожалению, не новая, 2015 год, но какая есть.

Лирическое отступление


Табличка взята из вот этой статьи.

Немного об авторе статьи

Пока на официальном сайте SpaceX мы видим вот эти данные:

image
image

Обратите внимание, что максимальная величина ПН указана для одноразовой ракеты. Стоимость миссии, вероятно, так же, так как эти цифры не менялись долгое время. Из этих данных мы видим, что пока цифры в таблице выглядят как слишком оптимистические — примерно в полтора раза. Но даже при этом Фалькон-9 выглядит предпочтительно. Более низкая стоимость Протона-М с лихвой компенсируется более высокой ставкой страхования для запусков на нем.

Теперь немного о перспективах

SpaceX имеет в ближайшие годы огромный технологический отрыв от всех конкурентов, и поэтому у Маска нет особого стимула для снижения цены коммерческой доставки ПН заказчиков на орбиту. Сейчас он может стричь купоны, а деньги ему нужны для создания своего предприятия по производству спутников, и на формирование созвездия. Зато у заказчиков есть огромный стимул отдать Маску долю в коммерческом проекте за скидку на запуски их ПН. Такие сделки имеют обоюдовыгодный характер, так как высокотехнологичная ПН стоит очень дорого и требует уникальных компетенций, которые есть у заказчиков, но отсутствуют у предприятий Маска. Заказчики получают скидку, у SpaceX растёт трафик, Маск диверсифицирует свой бизнес, в то же время не размывая капитал, и имеет прибыль, либо с оборота проекта, либо с продажи своей доли в нём. Что можно производить в космосе? Смотрите программы НАСА NIAC 2017 и NextSTEP, почитайте, какие программы спонсирует CASIS

Вернёмся к технике

Напомню, что сейчас ФХ планируется с обычной, может быть только немного усиленной, верхней ступенью. Но в МакГрегоре уже заканчиваются испытания прототипа Раптора тягой около ста тонн. Как известно, Министерство Обороны субсидировало эту разработку. МО хочет новую верхнюю ступень для Фалькона-9 и ФХ. А Маск хочет многоразовую верхнюю ступень, так что они нашли друг друга.

Но это ещё не всёЗдесь только мои догадки, если хотите — домыслы

В заключение, или З.Ы.

Я отлично понимаю, что всё, что написано в конце этого поста, очень спорно. Вот я и приглашаю желающих. Давайте поспорим.Метки:

https://geektimes.ru/post/293085/

499. НАЧИНАЕМ ОБСУЖДЕНИЕ ПЛАНОВ ИЛОНА МАСКА

Страница от 13 сентября 2017 года «499. НАЧИНАЕМ ОБСУЖДЕНИЕ ПЛАНОВ ИЛОНА МАСКА» преобразована в запись экспертного совета сайта

Начинаем обсуждение планов Маска

От организации ВТК «ИКАР».

Открываю 1 заседание участников сайта на злободневные проблемы космонавтики.
Руководитель ВТК «ИКАР» Кузьмин А.Р.

Начинаем обсуждение планов Илона Маска на основе анализа его выступлений и комментариев оппонентов.

http://newsrbk.ru/news/3537308-Falcon-9-vzorval-planyi-ilona-maska-i-marka-cukerberga.html

19 июля основатель и генеральный конструктор компании SpaceX Илон Маск выступил на конференции International Space Station R&D в Космическом центре им. Кеннеди во Флориде. Он рассказал и о текущих работах, которые выполняет SpaceX для НАСА, и о дальнейших планах компании как на низкой орбите, так и за ее пределами.

Главное из выступления Илона Маска на конференции ISS R&D

17:27 21.07.2017 в рубрике Наука и технологииПOЛлукс387616 0

Главное из выступления Илона Маска на конференции ISS R&D

19 июля основатель и генеральный конструктор компании SpaceX Илон Маск выступил на конференции International Space Station R&D в Космическом центре им. Кеннеди во Флориде. Он рассказал и о текущих работах, которые выполняет SpaceX для НАСА, и о дальнейших планах компании как на низкой орбите, так и за ее пределами.

1. Грузовой космический корабль для снабжения МКС в рамках миссии CRS-11, запущенный 3 июня, был использован повторно после миссии CRS-4 2014 года, и в дальнейшем все грузовые корабли SpaceX будут многоразовыми. По словам Маска, подготовка к миссии CRS-11, согласно внутренним подсчетам компании, обошлась почти в ту же сумму, в которую обошлось бы использование нового корабля. Более того, он отметил, что, вероятно, не все факторы были учтены аналитиками, и реальная стоимость повторного использования корабля даже слегка превысила стоимость создания нового аппарата. Теперь, однако, процедура отработана, и Маск утверждает, что уже со следующего раза многоразовость позволит сократить расходы примерно на 50%.

2. Маск поделился информацией о разбивке себестоимости ракеты Falcon 9. По его словам, головной обтекатель стоит примерно 5-6 млн долларов, а себестоимость второй ступени составляет 20% стоимости пуска. Согласно сайту SpaceX, цена Falcon 9 составляет 62 млн долларов. Неизвестно, включал ли Маск в стоимость пуска собственно пусковые услуги и страховку, расходы на которые могут превышать 10 млн долларов.

3. Илон Маск сделал все, чтобы не завышать ожидания относительно первого пуска ракеты Falcon Heavy, все еще запланированного на этот год. Он отметил, что был наивен, думая, что такую ракету удастся легко собрать из трех модулей Falcon 9. Инженеры столкнулись с техническими сложностями – особенно он отметил очень большую нагрузку на центральный модуль – и невозможностью испытать многие операции на Земле. Маск добавил, что будет считать пуск успехом, если ракета хотя бы не разрушит стартовую площадку.

4. Разработка пилотируемого корабля Dragon 2 продолжается не без технических сложностей, но в целом успешно. График почти не изменился, и первый испытательный полет с астронавтами на борту должен состояться в середине следующего года. Беспилотный полет, как сообщалось ранее, был перенесен с ноября этого года на март 2018-го, но Маск эту информацию не комментировал.

Схема возвращения корабля Dragon 2 претерпела значительные изменения. SpaceX полностью отказалась от использования реактивной системы посадки без намерения вернуться к ней в будущем. Корабль не будет оборудован посадочными опорами. Маск назвал две причины: опасения НАСА относительно безопасности реактивной посадки и «неоптимальность» этой технологии для посадки на Марс. По его словам, SpaceX сейчас считает неправильным направлять ресурсы в этом направлении.

5. Заявление Маска относительно того, что реактивная посадка Dragon 2 не будет разрабатываться, фактически подтверждает появившиеся ранее слухи об отмене исследовательской миссии Red Dragon. Предполагалось, что в 2020 году ракета Falcon Heavy выведет переоборудованный корабль Dragon 2 на отлетную траекторию к Марсу и, выполнив межпланетный перелет, он самостоятельно совершит посадку на поверхность соседней планеты. Эта миссия могла стать первым частным научно-исследовательским проектом в истории. Запуски Red Dragon должны были производиться регулярно каждые два года.

6. Отвечая на вопрос о будущей стратегии государственной пилотируемой космонавтики после завершения эксплуатации МКС, Маск назвал базу на Луне следующим логичным шагом, после которого уже должен следовать полет на Марс. Это заявление стало довольно неожиданным, ведь раньше Маск считал Луну бесперспективной.

7. Концепция «Межпланетной транспортной системы» ITS, которую SpaceX представила в сентябре 2016 года, оказалась неподъемно дорогой. Она была масштабирована в сторону уменьшения (примерно в два раза, как ранее сообщалось), и будет представлена широкой публике на конференции IAC в сентябре этого года.

https://newsland.com/user/4297805012/content/glavnoe-iz-vystupleniia-ilona-maska-na-konferentsii-iss-rd/5924523

1996. итоги неразумной человеческой деятельности на земле

10 лет после «ядерного апокалипсиса»: как выглядят окрестности АЭС «Фукусима»

Стихийное бедствие в Японии повлекло за собой крупнейшую после Чернобыльской аварию на АЭС.

11 марта 2011 года сильнейшее землетрясение и последовавшее за ним цунами вывели из строя систему электроснабжения и резервные генераторы АЭС «Фукусима-1». Из-за этого на трех энергоблоках станции началось расплавление активной зоны реакторов.

20 фотографий

Взгляните, как выглядит «японская Припять». 

Население спешно эвакуировали с прилегающих к АЭС территорий. Уровень радиации возле станции после аварии превысил допустимые нормы в сотни раз, а финансовый ущерб от аварии впоследствии оценили в 190 млрд долларов.

Спустя 10 лет город Окума, в котором находится АЭС, пустует. Люди боятся возвращаться обратно, и ликвидация последствий все еще далека от завершения. Однако среди фотографов это место очень популярно — туда часто ездят как профессионалы, так и любители.

Это тоже интересно:

https://hi-tech.mail.ru/news/53266-10-let-posle-yadernogo-apokalipsisa-kak-vyglyadyat-okrestnosti-aes-fukusima/?frommail=1&exp_id=900

812. ИМПУЛЬСНЫЕ ЯРД

Страница от 5 марта 2018 года «812. ИМПУЛЬСНЫЕ ЯРД» преобразована в запись в ленте патентных исследований

Не лей мне соль в реактор или не-импульсные ядерные ракетные двигатели

Идея бросать за корму атомные бомбы в проекте «Орион» оказалась слишком брутальной, но объемы энергии, которые дает реакция ядерного расщепления, не говоря уже о синтезе, крайне привлекательны для космонавтики. Поэтому было создано множество не-импульсных систем, избавленных от проблем с хранением сотен ядерных бомб на борту и циклопических амортизаторов. О них сегодня мы и поговорим.

Ядерная физика на пальцах


Что такое ядерная реакция? Если объяснять очень просто, картина будет примерно следующая. Из школьной программы мы помним, что вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, а атомы — из протонов, электронов и нейтронов (есть уровни ниже, но нам хватит и этого). Некоторые тяжелые атомы имеют интересное свойство — если в них попадает нейтрон, они распадаются на более легкие атомы и выпускают несколько нейтронов. Если эти выпущенные нейтроны попадут в находящиеся рядом другие тяжелые атомы, распад повторится, и мы получим цепную ядерную реакцию. Движение нейтронов с большой скоростью означает, что это движение превращается в тепло при замедлении нейтронов. Поэтому атомный реактор — это очень мощный нагреватель. Им можно кипятить воду, полученный пар направить на турбину, и получить атомную электростанцию. А можно нагревать водород и выбрасывать его наружу, получив ядерный реактивный двигатель. Из этой идеи родились первые двигатели — NERVA и РД-0410.

NERVA

История проекта

Формальное авторство (патент) на изобретение атомного ракетного двигателя принадлежит Ричарду Фейнману, согласно его же мемуарам «Вы, конечно же шутите, мистер Фейнман». Книга, кстати, всячески рекомендуется к прочтению. Лос-Аламосская лаборатория стала разрабатывать ядерные ракетные двигатели в 1952 году. В 1955 году Был начат проект Rover. На первом этапе проекта, KIWI, было построено 8 экспериментальных реакторов и с 1959 по 1964 год изучалась продувка рабочего тела сквозь активную зону реактора. Для временнОй привязки, проект «Орион» существовал с 1958 по 1965 год. У «Ровера» были второй и третий этапы, изучавшие реакторы большей мощности, но NERVA базировалась на Kiwi из-за планов первого испытательного пуска в космосе в 1964 году. Сроки постепенно съехали, и первый наземный пуск двигателя NERVA NRX/EST (EST — Engine System Test — тест двигательной системы) состоялся в 1966 году. Двигатель успешно проработал два часа, из которых 28 минут составила работа на полной тяге. Второй двигатель NERVA XE был запущен 28 раз и проработал в общей сложности 115 минут. Двигатель был признан пригодным для космической техники, а испытательный стед был готов к испытаниям новых собранных двигателей. Казалось, что NERVA ждет блестящее будущее — полёт на Марс в 1978, постоянная база на Луне в 1981, орбитальные буксиры. Но успех проекта вызвал панику в Конгрессе — лунная программа оказалась очень дорогой для США, марсианская программа оказалась бы ещё дороже. В 1969 и 1970 годах финансирование космоса серьезно сокращалось — были отменены «Аполлоны»-18,19 и 20, и огромные объемы денег на марсианскую программу никто бы не стал выделять. В итоге работа по проекту велась без серьезной подпитки деньгами и в итоге он был закрыт в 1972 году.

Конструкция

Водород из бака поступал в реактор, нагревался там, и выбрасывался наружу, создавая реактивную тягу. Водород был выбран как рабочее тело потому, что у него легкие атомы, и их проще разогнать до большой скорости. Чем больше скорость реактивного выхлопа — тем эффективнее ракетный двигатель.
Отражатель нейтронов использовался для того, чтобы нейтроны возвращались обратно в реактор для поддержания цепной ядерной реакции.
Управляющие стержни использовались для управления реактором. Каждый такой стержень состоял из двух половин — отражателя и поглотителя нейтронов. Когда стержень поворачивался отражателем нейтронов, их поток в реакторе увеличивался и реактор повышал теплоотдачу. Когда стержень поворачивался поглотителем нейтронов, их поток в реакторе уменьшался, и реактор понижал теплоотдачу.
Водород также использовался для охлаждения сопла, а теплый водород от системы охлаждения сопла вращал турбонасос для подачи новых порций водорода.


Двигатель в работе. Водород поджигался специально на выходе из сопла во избежание угрозы взрыва, в космосе горения бы не было.

Двигатель NERVA создавал тягу 34 тонны, примерно в полтора раза меньше двигателя J-2, стоявшего на второй и третьей ступенях ракеты «Сатурн-V». Удельный импульс составлял 800-900 секунд, что было в два раза больше лучших двигателей на топливной паре «кислород-водород», но меньше ЭРД или двигателя «Ориона».

Немного о безопасности

Только что собранный и не запущенный ядерный реактор с новыми, ещё не работавшими топливными сборками достаточно чист. Уран ядовит, поэтому необходимо работать в перчатках, но не более. Никаких дистанционных манипуляторов, свинцовых стен и прочего не нужно. Вся излучающая грязь появляется уже после запуска реактора из-за разлетающихся нейтронов, «портящих» атомы корпуса, теплоносителя и т.п. Поэтому, в случае аварии ракеты с таким двигателем радиационное заражение атмосферы и поверхности было бы небольшим, и конечно же, было бы сильно меньше штатного старта «Ориона». В случае же успешного старта заражение было бы минимальным или вообще отсутствовало, потому что двигатель должен был бы запускаться в верхних слоях атмосферы или уже в космосе.

РД-0410

Советский двигатель РД-0410 имеет похожую историю. Идея двигателя родилась в конце 40-х годов среди пионеров ракетной и ядерной техники. Как и в проекте Rover первоначальной идеей была атомный воздушно-реактивный двигатель для первой ступени баллистической ракеты, затем разработка перешла в космическую отрасль. РД-0410 разрабатывался медленнее, отечественные разработчики увлеклись идеей газофазного ЯРД (об этом будет ниже). Проект был начат в 1966 году и продолжался до середины 80-х годов. В качестве цели для двигателя называлась миссия «Марс-94» — пилотируемый полёт на Марс в 1994 году.
Схема РД-0410 аналогична NERVA — водород проходит через сопло и отражатели, охлаждая их, подается в активную зону реактора, нагревается там и выбрасывается.
По своим характеристикам РД-0410 был лучше NERVA — температура активной зоны реактора составляла 3000 К вместо 2000 К у NERVA, а удельный импульс превышал 900 с. РД-0410 был легче и компактней NERVA и развивал тягу в десять раз меньше.


Испытания двигателя. Боковой факел слева внизу поджигает водород во избежание взрыва.

Развитие твердофазных ЯРД

Мы помним, что чем выше температура в реакторе, тем больше скорость истечения рабочего тела и тем выше удельный импульс двигателя. Что мешает повысить температуру в NERVA или РД-0410? Дело в том, что в обоих двигателях тепловыделяющие элементы находятся в твердом состоянии. Если повысить температуру, они расплавятся и вылетят наружу вместе с водородом. Поэтому для бОльших температур необходимо придумать какой-то другой способ осуществления цепной ядерной реакции.

Двигатель на солях ядерного топлива

В ядерной физике есть такое понятие как критическая масса. Вспомните цепную ядерную реакцию в начале поста. Если делящиеся атомы находятся очень близко друг к другу (например, их обжали давлением от специального взрыва), то получится атомный взрыв — очень много тепла в очень небольшие сроки. Если атомы обжаты не так плотно, но поток новых нейтронов от деления растет, получится тепловой взрыв. Обычный реактор в таких условиях выйдет из строя. А теперь представим, что мы берем водный раствор делящегося материала (например, солей урана) и подаем их непрерывно в камеру сгорания, обеспечивая там массу больше критической. Получится непрерывно горящая ядерная «свечка», тепло от которой разгоняет прореагировавшее ядерное топливо и воду.

Идея была предложена в 1991 году Робертом Зубриным и, по различным подсчетам, обещает удельный импульс от 1300 до 6700 с при тяге, измеряющейся тоннами. К сожалению, подобная схема имеет и недостатки:

  • Сложность хранения топлива — необходимо избегать цепной реакции в баке, размещая топливо, например, в тонких трубках из поглотителя нейтронов, поэтому баки будут сложными, тяжелыми и дорогими.
  • Большой расход ядерного топлива — дело в том, что КПД реакции (количество распавшихся/количество потраченных атомов) будет очень низким. Даже в атомной бомбе делящийся материал «сгорает» не полностью, тут же бОльшая часть ценного ядерного топлива будет выбрасываться впустую.
  • Наземные тесты практически невозможны — выхлоп такого двигателя будет очень грязным, грязнее даже «Ориона».
  • Есть некоторые вопросы насчет контроля ядерной реакции — не факт, что простая в словесном описании схема будет легкой в технической реализации.

Газофазные ЯРД

Следующая идея — а что, если мы создадим вихрь рабочего тела, в центре которого будет идти ядерная реакция? В этом случае высокая температура активной зоны не будет доходить до стенок, поглощаясь рабочим телом, и её можно будет поднять до десятков тысяч градусов. Так родилась идея газофазного ЯРД открытого цикла:

Газофазный ЯРД обещает удельный импульс до 3000-5000 секунд. В СССР был начат проект газофазного ЯРД (РД-600), но он не дошёл даже до стадии макета.
«Открытый цикл» означает, что ядерное топливо будет выбрасываться наружу, что, конечно, снижает КПД. Поэтому была придумана следующая идея, диалектически вернувшаяся к твердофазным ЯРД — давайте окружим область ядерной реакции достаточно термостойким веществом, которое будет пропускать излучаемое тепло. В качестве такого вещества предложили кварц, потому что при десятках тысяч градусов тепло передается излучением и материал контейнера должен быть прозрачным. Получился газофазный ЯРД закрытого цикла, или же «ядерная лампочка»:

В этом случае ограничением для температуры активной зоны будет термическая прочность оболочки «лампочки». Температура плавления кварца 1700 градусов Цельсия, с активным охлаждением температуру можно повысить, но, в любом случае, удельный импульс будет ниже открытой схемы (1300-1500 с), но ядерное топливо будет расходоваться экономней, и выхлоп будет чище.

Альтернативные проекты

Кроме развития твердофазных ЯРД есть и оригинальные проекты.

Двигатель на делящихся фрагментах

Идея этого двигателя заключается в отсутствии рабочего тела — им служит выбрасываемое отработанное ядерное топливо. В первом случае из делящихся материалов делаются подкритические диски, которые не запускают цепную реакцию сами по себе. Но если диск поместить в реакторную зону с отражателями нейтронов, запустится цепная реакция. А вращение диска и отсутствие рабочего тела приведет к тому, что распавшиеся высокоэнергетические атомы улетят в сопло, генерируя тягу, а не распавшиеся атомы останутся на диске и получат шанс при следующем обороте диска:

Ещё более интересная идея состоит в создании пылевой плазмы (вспомним «плазменный кристалл» на МКС) из делящихся материалов, в которой продукты распада наночастиц ядерного топлива ионизируются электрическим полем и выбрасываются наружу, создавая тягу:

Обещают фантастический удельный импульс в 1 000 000 секунд. Энтузиазм охлаждает тот факт, что разработка находится на уровне теоретических изысканий.

Двигатели на ядерном синтезе

В ещё более отдаленной перспективе создание двигателей на ядерном синтезе. В отличие от реакций распада ядер, где атомные реакторы были созданы почти одновременно с бомбой, термоядерные реакторы до сих пор не передвинулись из «завтра» в «сегодня» и использовать реакции синтеза можно только в стиле «Ориона» — бросаясь термоядерными бомбами.

Ядерная фотонная ракета

Теоретически можно разогреть активную зону до такой степени, что тягу можно будет создавать, отражая фотоны. Несмотря на отсутствие технических ограничений, подобные двигатели на текущем уровне технологии невыгодны — тяга будет слишком маленькой.

Радиоизотопная ракета

Вполне рабочим будет ракета, нагревающая рабочее тело от РИТЭГа. Но РИТЭГ выделяет сравнительно мало тепла, поэтому такой двигатель будет очень малоэффективным, хотя и очень простым.

Заключение

На текущем уровне технологии можно собрать твердотельный ЯРД в стиле NERVA или РД-0410 — технологии освоены. Но такой двигатель будет проигрывать связке «атомный реактор+ЭРД» по удельному импульсу, выигрывая по тяге. А более продвинутые варианты есть пока только на бумаге. Поэтому лично мне более перспективной кажется связка «реактор+ЭРД».

Источники информации

Главный источник информации — английская Википедия и ресурсы, указанные в ней как ссылки. Как ни парадоксально, но любопытные статьи по ЯРД есть на Традиции — твердофазный 2ЯРД и газофазный ЯРД.

Статья про двигатели на делящихся фрагментах и пылевой плазме.

https://geektimes.ru/post/227973/

686. НЕДОУЧКИ ТЕРЯЮТ ТРИЛЛИОНЫ

Страница от 10 января 2018 года «686. НЕДОУЧКИ ТЕРЯЮТ ТРИЛЛИОНЫ» преобразована в запись

10 городов, стёртых с лица Земли

Случается так, что процветающий город за считанные часы погибает из-за природного катаклизма или иной катастрофы. Люди умирают вместе с ним, либо покидают его навсегда — или, в редких случаях, просто на долгое время.

Сергей Евтушенко27 июня 2016 12:30

Помпеи, 24 августа 79 года нашей эры. В результате извержения Везувия город накрыл чудовищный слой вулканического пепла, не пощадив никого. Исследователи до сих пор обнаруживают пустоты, оставшиеся на мест истлевших тел жертв катастрофы, и, заливая их гипсом, восстанавливают позы, в которых умирал жители Помпей.

Сентрейлия, США, 1962 год. Городская свалка находилась в заброшенном шурфе открытой угольной шахты. Мусор уничтожался посредством сжигания. Что могло пойти не так? В общем-то, абсолютно всё — и в один прекрасный день пожар перекинулся на остальные шахты, создав под Сентрейлией натуральную негасимую геену огненную. Жителям пришлось съехать, а уголь горит до сих пор.

Гринсбург, США, 2007 год. Ураган, прошедший через небольшой городок, не пощадил 95% зданий, буквально сравняв их с землёй и убив одиннадцать человек. Позже Гринсбург отстроили по модели «зелёного города», создавая новые здания на полностью возобновляемой энергии.

Индианола, США, 1875 год. Другой ураган, гораздо страшнее своего «преемника» в Гринсбурге, уничтожил город Индианолу в штате Техас, круша здания и убивая людей сотнями. Жители попытались отстроить город, но через 11 лет новый смерч завершил работу.

Индианола, США, 1875 год. Другой ураган, гораздо страшнее своего «преемника» в Гринсбурге, уничтожил город Индианолу в штате Техас, круша здания и убивая людей сотнями. Жители попытались отстроить город, но через 11 лет новый смерч завершил работу.

Чернобыль, СССР, 26 апреля 1986 года. После аварии на Чернобыльской АЭС все люди из зоны вокруг Чернобыля и Припяти были эвакуированы. Даже сегодня земля в той области остаётся крайне радиоактивной.

Чернобыль, СССР, 26 апреля 1986 года. После аварии на Чернобыльской АЭС все люди из зоны вокруг Чернобыля и Припяти были эвакуированы. Даже сегодня земля в той области остаётся крайне радиоактивной.

Байо Корн, США, 2012 год. Это было крохотное местечко – и от него не осталось почти ничего. Из-за разработки карста в соляной шахте возник провал в земле шириной в сто метров и глубиной в пятнадцать. Уже через год глубина разрослась до 230 метров! Разумеется, всем жителям пришлось эвакуироваться, получив компенсацию от разрабатывавшей шахту компании.

Байо Корн, США, 2012 год. Это был крохотное местечко — и от него не осталось почти ничего. Из-за разработки карста в соляной шахте возник провал в земле шириной в сто метров и глубиной в пятнадцать. Уже через год глубина разрослась до 230 метров! Разумеется, всем жителям пришлось эвакуироваться, получив компенсацию от разрабатывавшей шахту компании.

Йинсиу, Китай, 2008 год. Из семи тысяч человек, проживавших в городе, лишь 2300 выжили после чудовищного землетрясения. 80% города было уничтожено, но сейчас его постепенно отстроили заново, воздвигнув мемориал в честь погибших.

Йинсиу, Китай, 2008 год. Из семи тысяч человек, проживавших в городе, лишь 2300 выжили после чудовищного землетрясения. 80% города было уничтожено, но сейчас его постепенно отстроили заново, воздвигнув мемориал в честь погибших.

Юнгай, Перу, 1970 год. Землетрясение на побережье Перу вызвало обвал, обрушившийся на расположенный неподалёку город Юнгай. Почти всё население (25 тысяч человек) погибло. Новый Юнгай решили отстроить за несколько миль от места катастрофы.

Форт Мак-Муррей, Канада, 2016 год. Из-за мощнейшего лесного пожара город с населением в 60 тысяч человек пришлось целиком эвакуировать. Несмотря на предпринятые меры, сгорело около 30% города.

Форт Мак-Муррей, Канада, 2016 год. Из-за мощнейшего лесного пожара город с населением в 60 тысяч человек пришлось целиком эвакуировать. Несмотря на предпринятые меры, сгорело около 30% города, и восстановление продвигается очень медленно.

Кеннет, США, 1935 год. Город затопило во время неудачного эпизода строительства крупной плотины Шаста на реке Сакраменто. В общем-то за 13 лет постройки пострадало множество посёлков и городов, но Кеннет был крупнейшим из них.

От Помпей до Чернобыля, история знает немало подобных случаев. Они служат нам страшным и надёжным предостережением, заставляя следить как за природой, так и за собой.

Давайте вспомним самые интересные и знаменитые места, которые некогда лучились жизнью, а ныне превратились в сокровищницы памяти.

https://www.popmech.ru/science/240068-10-gorodov-styertykh-s-litsa-zemli/?utm_source=email_pm-editorial&utm_medium=email&utm_campaign=20160802_daily&utm_content=title_5