เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

สารบัญ:

เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ
เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

วีดีโอ: เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

วีดีโอ: เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ
วีดีโอ: ย้อนมองสงคราม "อิรัก-อิหร่าน" | 08-01-59 | ไทยรัฐนิวส์โชว์ | ThairathTV 2024, มีนาคม
Anonim
ภาพ
ภาพ

ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนาอุตสาหกรรมจรวดและอวกาศ ข้อเสนอแรกสำหรับการใช้เทคโนโลยีนิวเคลียร์ต่างๆ ปรากฏขึ้น มีการเสนอและดำเนินการด้านเทคโนโลยีและหน่วยงานต่างๆ แต่มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่เข้าถึงการปฏิบัติงานจริงได้ ในอนาคต คาดว่าจะมีการเปิดตัวโซลูชั่นใหม่ที่เป็นพื้นฐาน

ครั้งแรกในอวกาศ

ในปี พ.ศ. 2497 เครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสีเครื่องแรก (RTG หรือ RTG) ได้ถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา องค์ประกอบหลักของ RTG คือไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่สลายตัวตามธรรมชาติด้วยการปล่อยพลังงานความร้อน ด้วยความช่วยเหลือของเทอร์โมอิเลเมนต์พลังงานความร้อนจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งจ่ายให้กับผู้บริโภค

ข้อได้เปรียบหลักของ RTG คือความเป็นไปได้ของการทำงานระยะยาวโดยมีลักษณะที่มั่นคงและไม่ต้องบำรุงรักษา อายุการใช้งานถูกกำหนดโดยครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่เลือก ในเวลาเดียวกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวมีประสิทธิภาพต่ำและกำลังขับต่ำ และยังต้องการการปกป้องทางชีวภาพและมาตรการด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม RTG พบว่ามีการใช้งานในหลายพื้นที่ที่มีข้อกำหนดพิเศษ

เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ
เทคโนโลยีนิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

ในปีพ.ศ. 2504 ได้มีการสร้าง RTG ชนิด SNAP 3B ในสหรัฐอเมริกาด้วยพลูโทเนียม -238 96 กรัมในแคปซูล ในปีเดียวกันนั้น ดาวเทียม Transit 4A ซึ่งติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวได้เข้าสู่วงโคจร มันกลายเป็นยานอวกาศลำแรกในวงโคจรของโลกที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ฟิชชัน ในปีพ.ศ. 2508 สหภาพโซเวียตได้เปิดตัวดาวเทียม Kosmos-84 ซึ่งเป็นอุปกรณ์ Orion-1 RTG เครื่องแรกที่ใช้พอโลเนียม-210

ต่อจากนั้น มหาอำนาจทั้งสองได้ใช้ RTG อย่างแข็งขันเพื่อสร้างเทคโนโลยีอวกาศเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น ยานสำรวจดาวอังคารจำนวนหนึ่งในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาได้รับพลังงานจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี ในทำนองเดียวกัน แหล่งจ่ายไฟของภารกิจที่เคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ก็มีให้

ภาพ
ภาพ

เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่ RTG ได้พิสูจน์ความสามารถของตนในหลายๆ ด้าน รวมถึง ในอุตสาหกรรมอวกาศ แม้ว่าจะยังคงเป็นเครื่องมือเฉพาะสำหรับงานเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ในบทบาทดังกล่าว เครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสีมีส่วนช่วยในการพัฒนาอุตสาหกรรม การวิจัย ฯลฯ

จรวดนิวเคลียร์

ไม่นานหลังจากการเริ่มต้นของโครงการอวกาศ ประเทศชั้นนำต่างๆ ก็เริ่มแก้ปัญหาเรื่องการสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ มีการเสนอสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันโดยมีหลักการทำงานและประโยชน์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในโครงการ Orion ของอเมริกา มีการเสนอยานอวกาศที่ใช้คลื่นกระแทกของหัวรบนิวเคลียร์พลังงานต่ำเพื่อเร่งความเร็ว นอกจากนี้ยังมีการออกแบบรูปลักษณ์ที่คุ้นเคยมากขึ้นอีกด้วย

ในช่วงอายุห้าสิบหกปี NASA และองค์กรที่เกี่ยวข้องได้พัฒนาเครื่องยนต์ NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) ส่วนประกอบหลักคือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบวงจรเปิด ของเหลวทำงานในรูปของไฮโดรเจนเหลวจะต้องได้รับความร้อนจากเครื่องปฏิกรณ์และขับออกมาทางหัวฉีด ทำให้เกิดแรงขับ เครื่องยนต์นิวเคลียร์ประเภทนี้มีประสิทธิภาพในการออกแบบที่เหนือกว่าระบบเชื้อเพลิงเคมีแบบเดิม แม้ว่าจะเป็นอันตรายกว่าในการใช้งานก็ตาม

ภาพ
ภาพ

โครงการ NERVA ถูกนำไปทดสอบส่วนประกอบต่างๆ และการประกอบทั้งหมด ระหว่างการทดสอบเครื่องยนต์เปิด 28 ครั้งและทำงานเกือบ 2 ชั่วโมง คุณสมบัติได้รับการยืนยัน; ไม่มีปัญหาสำคัญ อย่างไรก็ตาม โครงการไม่ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติม ในช่วงเปลี่ยนอายุหกสิบเศษและอายุเจ็ดสิบ โครงการอวกาศของอเมริกาถูกลดทอนลงอย่างจริงจัง และเครื่องยนต์ NERVA ก็ถูกละทิ้ง

ในช่วงเวลาเดียวกันงานที่คล้ายกันได้ดำเนินการในสหภาพโซเวียต โครงการที่มีแนวโน้มว่าจะเสนอให้ใช้เครื่องยนต์กับเครื่องปฏิกรณ์ที่ให้ความร้อนกับของเหลวทำงานในรูปของไฮโดรเจนเหลว ในอายุหกสิบเศษต้น ๆ เครื่องปฏิกรณ์ถูกสร้างขึ้นสำหรับเครื่องยนต์ดังกล่าวและต่อมาก็เริ่มงานในส่วนอื่น ๆ ของหน่วย เป็นเวลานานที่การทดสอบและพัฒนาอุปกรณ์ต่างๆ ยังคงดำเนินต่อไป

ภาพ
ภาพ

ในช่วงอายุเจ็ดสิบ เครื่องยนต์ RD-0410 ที่เสร็จสิ้นแล้วได้ผ่านการทดสอบการยิงหลายครั้งและยืนยันคุณสมบัติหลักของเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม โครงการไม่ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมเนื่องจากมีความซับซ้อนและความเสี่ยงสูง อุตสาหกรรมจรวดและอวกาศในประเทศยังคงใช้เครื่องยนต์ "เคมี" ต่อไป

ลากจูงอวกาศ

ในระหว่างการวิจัยและออกแบบเพิ่มเติมในสหรัฐอเมริกาและในประเทศของเรา พวกเขาได้ข้อสรุปว่าไม่ควรใช้เครื่องยนต์ประเภท NERVA หรือ RD-0410 ในปี พ.ศ. 2546 นาซ่าเริ่มทดสอบสถาปัตยกรรมพื้นฐานแบบใหม่สำหรับยานอวกาศที่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โครงการนี้มีชื่อว่า Prometheus

แนวคิดใหม่นี้เสนอให้สร้างยานอวกาศที่มีเครื่องปฏิกรณ์เต็มรูปแบบบนเรือเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับเครื่องยนต์ไอพ่น เครื่องมือดังกล่าวสามารถนำไปใช้ในภารกิจการวิจัยทางไกลได้ อย่างไรก็ตาม การพัฒนาโพรมีธีอุสได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีราคาแพงมาก และผลลัพธ์ก็คาดหวังได้ในอนาคตอันไกลเท่านั้น ในปี 2548 โครงการถูกปิดเนื่องจากขาดโอกาส

ภาพ
ภาพ

ในปี 2552 การพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันเริ่มขึ้นในรัสเซีย "Transport and Power Module" (TEM) หรือ "space tug" คือการได้รับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระดับเมกะวัตต์ควบคู่ไปกับเครื่องยนต์ไอออน ID-500 ยานอวกาศนี้เสนอให้ประกอบในวงโคจรของโลกและใช้สำหรับขนส่งสิ่งของต่าง ๆ การเร่งความเร็วของยานอวกาศอื่น ฯลฯ

โครงการ TEM มีความซับซ้อนสูง ซึ่งส่งผลต่อต้นทุนและระยะเวลาของโครงการ นอกจากนี้ ยังมีปัญหามากมายในองค์กร อย่างไรก็ตาม ในช่วงกลางทศวรรษที่ 10 ส่วนประกอบแต่ละส่วนของ TEM ถูกนำออกมาทำการทดสอบ งานยังคงดำเนินต่อไปและในอนาคตอาจนำไปสู่การเกิดขึ้นของ "การลากจูงอวกาศ" ที่แท้จริง การก่อสร้างเครื่องมือดังกล่าวมีการวางแผนในช่วงครึ่งหลังของวัยยี่สิบ การว่าจ้าง - ในปี 2030

ในกรณีที่ไม่มีปัญหาร้ายแรงและการปฏิบัติตามแผนทั้งหมดอย่างทันท่วงที TEM สามารถกลายเป็นผลิตภัณฑ์ประเภทแรกของโลกในประเภทเดียวกันที่ให้บริการได้ ในเวลาเดียวกัน มีระยะขอบที่แน่นอนในขณะที่ไม่รวมความเป็นไปได้ของการปรากฏตัวของคู่แข่งในเวลาที่เหมาะสม

ภาพ
ภาพ

มุมมองและข้อจำกัด

เทคโนโลยีนิวเคลียร์เป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับอุตสาหกรรมจรวดและอวกาศ ประการแรก โรงไฟฟ้าประเภทต่าง ๆ อาจมีประโยชน์ RTGs ได้พบแอปพลิเคชันแล้วและมีการยึดที่มั่นอย่างแน่นหนาในบางพื้นที่ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเต็มรูปแบบยังไม่ได้ใช้เนื่องจากขนาดและมวลที่ใหญ่ แต่มีการพัฒนาบนเรือด้วยอุปกรณ์ดังกล่าวแล้ว

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่พื้นที่ชั้นนำและพลังงานนิวเคลียร์ได้ทำงานและทดสอบแนวความคิดดั้งเดิมจำนวนหนึ่งในทางปฏิบัติ กำหนดความเป็นไปได้และพบส่วนหลักของการใช้งาน กระบวนการดังกล่าวยังคงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ และอาจจะให้ผลลัพธ์ใหม่ในลักษณะที่ใช้งานได้จริงในไม่ช้า

ควรสังเกตว่าเทคโนโลยีนิวเคลียร์ยังไม่แพร่หลายในภาคอวกาศ และสถานการณ์นี้ไม่น่าจะเปลี่ยนแปลง ในขณะเดียวกันก็กลายเป็นประโยชน์และมีแนวโน้มในบางพื้นที่และโครงการ และอยู่ในซอกเหล่านี้ที่มีการรับรู้ศักยภาพที่มีอยู่แล้ว