Deja în primele etape ale dezvoltării industriei rachete și spațiale, au apărut primele propuneri pentru utilizarea diferitelor tehnologii nucleare. Au fost propuse și elaborate diverse tehnologii și unități, dar doar unele dintre ele au ajuns la funcționarea efectivă. În viitor, se așteaptă introducerea unor soluții fundamental noi.
Primul din spațiu
În 1954, primul generator termoelectric radioizotopic (RTG sau RTG) a fost creat în SUA. Elementul principal al unui RTG este un izotop radioactiv care se descompune în mod natural odată cu eliberarea de energie termică. Cu ajutorul unui termoelement, energia termică este transformată în energie electrică, care este furnizată consumatorilor.
Principalul avantaj al RTG este posibilitatea funcționării pe termen lung cu caracteristici stabile și fără întreținere. Durata de viață este determinată de timpul de înjumătățire al izotopului selectat. În același timp, un astfel de generator se caracterizează printr-o eficiență și o putere de ieșire reduse și are nevoie, de asemenea, de protecție biologică și măsuri de siguranță adecvate. Cu toate acestea, RTG-urile au găsit aplicații în mai multe domenii cu cerințe speciale.
În 1961, în SUA a fost creat un RTG de tip SNAP 3B cu 96 g de plutoniu-238 într-o capsulă. În același an, satelitul Transit 4A, echipat cu un astfel de generator, a intrat pe orbită. A devenit prima navă spațială pe orbita Pământului care a folosit energia de fisiune nucleară. În 1965, URSS a lansat satelitul Kosmos-84, primul său dispozitiv Orion-1 RTG care utilizează polonium-210.
Ulterior, cele două superputeri au folosit în mod activ RTG-urile pentru a crea tehnologie spațială în diverse scopuri. De exemplu, o serie de rovers pe Marte din ultimele decenii au fost alimentate de decăderea elementelor radioactive. În mod similar, este furnizată alimentarea cu energie a misiunilor care se îndepărtează de Soare.
De mai bine de jumătate de secol, RTG-urile și-au dovedit capacitățile în mai multe domenii, inclusiv în industria spațială, deși au rămas un instrument specializat pentru sarcini specifice. Cu toate acestea, într-un astfel de rol, generatorii de radioizotopi contribuie la dezvoltarea industriei, a cercetării etc.
Racheta nucleară
La scurt timp după începerea programelor spațiale, țările de frunte au început să rezolve problema creării unui motor rachetă nucleară. Au fost propuse diferite arhitecturi cu diferite principii de funcționare și beneficii diferite. De exemplu, în proiectul american Orion, a fost propusă o navă spațială care folosește o undă de șoc de focoase nucleare de mică putere pentru a accelera. De asemenea, au fost elaborate modele cu un aspect mai familiar.
În anii cincizeci și șaizeci, NASA și organizațiile conexe au dezvoltat motorul NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Componenta sa principală a fost un reactor nuclear cu ciclu deschis. Lichidul de lucru sub formă de hidrogen lichid a trebuit să fie încălzit din reactor și expulzat prin duză, creând o împingere. Un motor nuclear de acest fel a fost superior în ceea ce privește performanța de proiectare față de sistemele tradiționale de combustibil chimic, deși a fost mai periculos în exploatare.
Proiectul NERVA a fost adus la încercarea diferitelor componente și a întregului ansamblu. În timpul testelor, motorul a fost pornit de 28 de ori și a funcționat timp de aproape 2 ore. Caracteristicile au fost confirmate; nu au existat probleme semnificative. Cu toate acestea, proiectul nu a mai fost dezvoltat. La începutul anilor șaizeci și șaptezeci, programul spațial american a fost serios redus, iar motorul NERVA a fost abandonat.
În aceeași perioadă, s-au desfășurat lucrări similare în URSS. Un proiect promițător a propus utilizarea unui motor cu un reactor care încălzește fluidul de lucru sub formă de hidrogen lichid. La începutul anilor șaizeci, a fost creat un reactor pentru un astfel de motor, iar ulterior au început lucrările la restul unităților. Pentru o lungă perioadă de timp, testarea și dezvoltarea diverselor dispozitive au continuat.
În anii șaptezeci, motorul RD-0410 terminat a trecut o serie de teste de tragere și a confirmat principalele caracteristici. Cu toate acestea, proiectul nu a mai fost dezvoltat din cauza complexității și riscurilor ridicate. Industria internă a rachetelor și a spațiului a continuat să folosească motoare „chimice”.
Remorchere spațiale
În cursul lucrărilor de cercetare și proiectare ulterioare din Statele Unite și din țara noastră, au ajuns la concluzia că este inexpedient să se utilizeze motoare de tipul NERVA sau RD-0410. În 2003, NASA a început să testeze o arhitectură fundamental nouă pentru o navă spațială cu o centrală nucleară. Proiectul a fost numit Prometeu.
Noul concept propunea construirea unei nave spațiale cu un reactor cu drepturi depline la bord, care să furnizeze energie electrică, precum și un motor cu jet de ioni. Un astfel de aparat ar putea găsi aplicații în misiunile de cercetare la distanță. Cu toate acestea, dezvoltarea „Prometeului” s-a dovedit a fi prohibitiv costisitoare, iar rezultatele erau așteptate doar în viitorul îndepărtat. În 2005, proiectul a fost închis din lipsă de perspective.
În 2009, dezvoltarea unui produs similar a început în Rusia. „Modulul de transport și putere” (TEM) sau „remorcher spațial” urmează să primească o centrală nucleară dintr-o clasă de megawați cuplată cu un motor cu ioni ID-500. Se propune ca nava spațială să fie asamblată pe orbita Pământului și utilizată pentru transportul diferitelor încărcături, accelerarea altor nave spațiale etc.
Proiectul TEM este extrem de complex, ceea ce îi afectează costurile și calendarul. În plus, au existat numeroase probleme organizaționale. Cu toate acestea, până la jumătatea zecimilor, componentele individuale ale TEM au fost scoase pentru testare. Lucrarea continuă și în viitor poate duce la apariția unui adevărat „remorcher spațial”. Construcția unui astfel de aparat este planificată pentru a doua jumătate a anilor '20; punerea în funcțiune - în 2030
În absența unor dificultăți serioase și a îndeplinirii la timp a tuturor planurilor, TEM poate deveni primul produs din lume din clasa sa pus în funcțiune. În același timp, există o anumită marjă de timp, excluzând în același timp posibilitatea apariției în timp util a concurenților.
Perspective și limitări
Tehnologiile nucleare prezintă un mare interes pentru industria rachetelor și a spațiului. În primul rând, centralele electrice din diferite clase pot fi utile. RTG-urile au găsit deja aplicații și sunt ferm înrădăcinate în anumite domenii. Reactoarele nucleare cu drepturi depline nu sunt încă utilizate datorită dimensiunilor și masei lor mari, dar există deja evoluții pe navele cu astfel de echipamente.
De câteva decenii, principalele puteri spațiale și nucleare au elaborat și testat în practică o serie de idei originale, au determinat viabilitatea lor și au găsit principalele domenii de aplicare. Astfel de procese continuă până în prezent și, probabil, vor da în curând noi rezultate de natură practică.
Trebuie remarcat faptul că tehnologiile nucleare nu s-au răspândit în sectorul spațial, iar această situație este puțin probabil să se schimbe. În același timp, acestea se dovedesc a fi utile și promițătoare în anumite domenii și proiecte. Și în aceste nișe se realizează deja potențialul disponibil.
