Allerede i de tidlige stadiene av utviklingen av rakett- og romfartsindustrien dukket de første forslagene opp for bruk av ulike atomteknologier. Ulike teknologier og enheter ble foreslått og utarbeidet, men bare noen av dem nådde faktisk drift. I fremtiden forventes introduksjon av fundamentalt nye løsninger.
Den første i verdensrommet
I 1954 ble den første radioisotop -termoelektriske generatoren (RTG eller RTG) opprettet i USA. Hovedelementet i en RTG er en radioaktiv isotop som forfaller naturlig med frigjøring av termisk energi. Ved hjelp av et termoelement omdannes termisk energi til elektrisk energi, som tilføres forbrukere.
Den største fordelen med RTG er muligheten for langsiktig drift med stabile egenskaper og uten vedlikehold. Levetiden bestemmes av halveringstiden til den valgte isotopen. Samtidig er en slik generator preget av lav effektivitet og utgangseffekt, og trenger også biologisk beskyttelse og passende sikkerhetstiltak. Imidlertid har RTGer funnet anvendelse på en rekke områder med spesielle krav.
I 1961 i USA ble det opprettet en RTG av SNAP 3B-typen med 96 g plutonium-238 i en kapsel. Samme år gikk Transit 4A -satellitten, utstyrt med en slik generator, i bane. Det ble det første romfartøyet i jordens bane som brukte atomfisjonenergi. I 1965 lanserte Sovjetunionen Kosmos-84-satellitten, den første Orion-1 RTG-enheten som brukte polonium-210.
Deretter brukte de to supermaktene aktivt RTG -er for å lage romteknologi til forskjellige formål. For eksempel har en rekke Mars -rovere de siste tiårene blitt drevet av forfall av radioaktive elementer. På samme måte er det strømforsyning til oppdrag som beveger seg bort fra solen.
I mer enn et halvt århundre har RTG -er bevist sine evner på en rekke områder, inkl. i romindustrien, selv om de forble et spesialisert verktøy for spesifikke oppgaver. I en slik rolle bidrar imidlertid radioisotopgeneratorer til utvikling av industrien, forskning osv.
Kjernefysisk rakett
Kort tid etter oppstarten av romprogrammer begynte de ledende landene å løse problemet med å lage en atomrakettmotor. Ulike arkitekturer har blitt foreslått med forskjellige driftsprinsipper og forskjellige fordeler. For eksempel, i det amerikanske prosjektet Orion, ble det foreslått et romfartøy som bruker en sjokkbølge av lavkraftige atomstridshoder for å akselerere. Det ble også utarbeidet design med et mer kjent utseende.
På femti- og sekstitallet utviklet NASA og relaterte organisasjoner motoren NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Hovedkomponenten var en åpen syklus atomreaktor. Arbeidsvæsken i form av flytende hydrogen måtte varmes opp fra reaktoren og kastes ut gjennom munnstykket, noe som skaper kraft. En kjernefysisk motor av denne typen var overlegen i designytelse enn tradisjonelle kjemiske drivstoffsystemer, selv om den var farligere i drift.
NERVA -prosjektet ble testet av forskjellige komponenter og hele monteringen. Under testene ble motoren slått på 28 ganger og virket i nesten 2 timer. Egenskapene ble bekreftet; det var ingen vesentlige problemer. Prosjektet fikk imidlertid ikke videre utvikling. På begynnelsen av sekstitallet og syttitallet ble det amerikanske romprogrammet alvorlig innskrenket, og NERVA -motoren ble forlatt.
I samme periode ble lignende arbeider utført i Sovjetunionen. Et lovende prosjekt foreslo bruk av en motor med en reaktor som varmer arbeidsfluidet i form av flytende hydrogen. På begynnelsen av sekstitallet ble det opprettet en reaktor for en slik motor, og senere begynte arbeidet med resten av enhetene. I lang tid fortsatte testing og utvikling av forskjellige enheter.
På syttitallet besto den ferdige RD-0410-motoren en rekke avfyringstester og bekreftet hovedegenskapene. Prosjektet fikk imidlertid ikke videre utvikling på grunn av høy kompleksitet og risiko. Den innenlandske rakett- og romfartsindustrien fortsatte å bruke "kjemiske" motorer.
Romfartøyer
I løpet av videre forsknings- og designarbeid i USA og i vårt land kom de til den konklusjonen at det er uhensiktsmessig å bruke motorer av typen NERVA eller RD-0410. I 2003 begynte NASA å teste en grunnleggende ny arkitektur for et romfartøy med et atomkraftverk. Prosjektet fikk navnet Prometheus.
Det nye konseptet foreslo bygging av et romfartøy med en fullverdig reaktor ombord, som gir strøm, samt en ion-jetmotor. Et slikt apparat kan finne anvendelse i langdistanseforskningsoppdrag. Utviklingen av "Prometheus" viste seg imidlertid å være uoverkommelig dyr, og resultatene var forventet bare i en fjern fremtid. I 2005 ble prosjektet stengt på grunn av mangel på prospekter.
I 2009 begynte utviklingen av et lignende produkt i Russland. "Transport and Power Module" (TEM) eller "space tug" skal motta et atomkraftverk i en megawatt-klasse kombinert med en ID-500 ion-motor. Romfartøyet foreslås samlet i jordens bane og brukes til transport av forskjellige laster, akselerasjon av andre romfartøyer, etc.
TEM -prosjektet er svært komplekst, noe som påvirker kostnadene og timingen. I tillegg var det mange organisatoriske problemer. Likevel, ved midten av tidelene, ble individuelle komponenter i TEM tatt ut for testing. Arbeidet fortsetter og kan i fremtiden føre til fremveksten av en ekte "romfartøyer". Byggingen av et slikt apparat er planlagt i andre halvdel av tjueårene; igangkjøring - i 2030
I mangel av alvorlige vanskeligheter og rettidig oppfyllelse av alle planer, kan TEM bli verdens første produkt i sin klasse tatt i bruk. På samme tid er det en viss tidsmargin, samtidig som muligheten for konkurrenter i tide utelukkes.
Perspektiver og begrensninger
Atomteknologi er av stor interesse for rakett- og romfartsindustrien. Først og fremst kan kraftverk i forskjellige klasser være nyttige. RTG har allerede funnet anvendelse og er godt forankret på noen områder. Fullverdige atomreaktorer brukes ennå ikke på grunn av deres store dimensjoner og masse, men det er allerede utvikling på skip med slikt utstyr.
I flere tiår har de ledende rom- og atomkreftene i praksis utarbeidet og testet en rekke originale ideer, bestemt levedyktigheten og funnet de viktigste anvendelsesområdene. Slike prosesser fortsetter den dag i dag, og vil trolig snart gi nye resultater av praktisk art.
Det skal bemerkes at atomteknologi ikke har blitt utbredt innen romfartssektoren, og denne situasjonen vil neppe endre seg. Samtidig viser de seg å være nyttige og lovende på visse områder og prosjekter. Og det er i disse nisjene at det tilgjengelige potensialet allerede blir realisert.
