Ракетные двигатели

В простейшей схеме ядерного ракетного двигателя  с реактором, работающим на твердом ядерном горючем рабочее тело размещено в баке. Насос подает его в камеру двигателя. Распыляясь с помощью форсунок, рабочее тело вступает в контакт с тепловыделяющим ядерным горючим, нагревается, расширяется и с большой скоростью выбрасывается через сопло наружу.

Ядерное горючее  по запасу энергии превосходит любой  другой вид топлива. Тогда возникает  закономерный вопрос – почему же установки  на этом горючем имеют все-таки сравнительно небольшую удельную тягу и большую  массу? Дело в том, что удельная тяга твердофазного ядерного ракетного  двигателя ограничена температурой делящегося вещества, а энергетическая установка при работе испускает  сильное ионизирующее излучение, оказывающее  вредное действие на живые организмы. Биологическая защита от таких излучений  имеет большой вес не применима на космических летательных аппаратах.

Практические  разработки ядерных ракетных двигателей, использующих твердое ядерное горючее, были начаты в середине 50-х годов 20-го столетия в Советском Союзе  и США, почти одновременно со строительством первых ядерных электростанций. Работы проводились в обстановке повышенной секретности, но известно, что реального  применения в космонавтике такие  ракетные двигатели до сих пор  не получили. Все пока ограничилось использованием изотопных источников электроэнергии относительно небольшой  мощности на беспилотных искусственных  спутниках Земли, межпланетных космических  аппаратах и всемирно известном  советском «луноходе».

другие виды ракетных двигателей

Существуют  и более экзотические проекты  ядерных ракетных двигателей, в которых  делящееся вещество находится в  жидком, газообразном или даже плазменном состоянии, однако реализация подобных конструкций на современном уровне техники и технологий нереальна.

Существуют, пока на стадии теоретической или  лабораторной следующие  проекты  ракетных двигателей:

q  импульсные  ядерные ракетные двигатели использующие  энергию взрывов небольших ядерных  зарядов;

q  термоядерные  ракетные двигатели, в которых  в качестве топлива может использоваться  изотоп водорода. Энергопроизводительность водорода в такой реакции составляет 6,8*1011 КДж/кг, то есть примерно на два порядка выше производительности ядерных реакций деления;

q  солнечно-парусные  двигатели – в которых используется давление солнечного света (солнечный ветер), существование которого опытным путем доказал русский физик П.Н. Лебедев еще в 1899 году. Расчетным путем ученые установили, что аппарат массой в 1 т, снабженный парусом диаметром 500 м, может долететь от Земли до Марса примерно за 300 суток. Однако эффективность солнечного паруса быстро уменьшается с удалением от Солнца.

q

Электрические ракетные двигатели

Почти все  рассмотренные выше ракетные двигатели, развивают огромную силу тяги и предназначены  для вывода космических аппаратов  на орбиту вокруг Земли и разгона  их до космических скоростей для  межпланетных полетов. Совсем другое дело – двигательные установки для  уже выведенных на орбиту или на межпланетную траекторию космических  аппаратов. Здесь, как правило, нужны  двигатели малой мощности (несколько  киловатт или даже ватт) способные  работать сотни и тысячи часов  и многократно включаться и выключаться. Они позволяют поддерживать полет  на орбите или по заданной траектории, компенсируя сопротивление полету создаваемое верхними слоями атмосферы  и солнечным ветром.

В электрических  ракетных двигателях разгон рабочего тела до определенной скорости производится нагреванием его электрической  энергией. Электроэнергия поступает  от солнечных батарей или атомной  электростанции. Способы нагревания рабочего тела различны, но реально  применяется в основном электродуговой. Он показал себя очень надежным и выдерживает большое количество включений. В качестве рабочего тела в электродуговых двигателя применяют водород. С помощью электрической дуги водород нагревается до очень высокой температуры и он превращается в плазму - электрически нейтральную смесь положительных ионов и электронов. Скорость истечения плазмы из двигателя достигает 20 км/с. Когда ученые решат проблему магнитной изоляции плазмы от стенок камеры двигателя, тогда можно будет значительно повысить температуру плазмы и довести скорость истечения до 100 км/с.

Первый электрический  ракетный двигатель был разработан в Советском Союзе в 1929-1933 гг. под  руководством В.П. Глушко (впоследствии он стал создателем двигателей для  советских космических ракет  и академиком) в знаменитой газодинамической лаборатории (ГДЛ).