Ядерно-плазменная ракета «пушечного» типа
Идея «оседлать» космическим кораблем невероятную мощность атомного взрыва давно завораживает умы инженеров и атомщиков. Предлагались самые разные идеи и концепции. Широко известный «Орион» должен был сбрасывать за корму направленные термоядерные заряды, и принимать энергию взрыва массивной амортизированной плитой. Менее известный «Гелиос» должен был взрывать миниатюрные атомные бомбы в гигантском баке, заполненном водой, выбрасывая перегретый пар через сопло. Роберт Зубрин предложил идею ракеты на растворе солей урана — в которой критическая масса создается впрыскиванием субкритических струй раствора — де-факто, летящую на непрерывном ядерном взрыве.
И вот инженеры Трой и Стивен Хоувы, кажется, нашли новый способ — ядерно-плазменную ракету «пушечной» схемы сборки.
Напомню, что «пушечная» схема — одна из двух основных, и наиболее простая в реализации конструкция ядерного боеприпаса. В ней урановая «пуля» попросту выстреливается пороховым зарядом в урановую «мишень» на конце ствола. Так была устроена атомная бомба Mk-I «Малыш», сброшенная на Хиросиму.
Преимущества такой конструкции — простота проектирования и изготовления, сравнительная неприхотливость. Недостатки — низкая эффективность сборки (бомба требует большого количества высокообогащенного урана, из которого прореагировать успевает только малая часть), значительная вероятность нештатного срабатывания (маломощной «шипучки»).
Ядерно-плазменная ракета Хоувов использует аналогичный принцип. В ней подвижный урановый «снаряд» выстреливается по урановому же «стволу». Поток нейтронов от «ствола» вызывает самоподдерживающуюся реакцию в «снаряде», который разогревается, расплавляется, испаряется — затем преобразуется в плазму, и выбрасывается через магнитное сопло. Такая система обходится вообще без обжатия урана, не требует сложной конструкции двигательных зарядов и амортизаторов. Оборотной стороной, разумеется, является ее меньшая эффективность — «пушечная» схема не слишком-то выгодна.
Цикл работы двигателя выглядит следующим образом:
* Электромагнитный ускоритель выстреливает урановый «снаряд» вдоль уранового «ствола» на скорости порядка 1,6 км/с.
* «Снаряд» массой 2,2 кг, изготовлен из урана высокой пробы низкого обогащения (англ. High-Assay Low-Enriched uranium — HALEU), с содержанием урана-235 между 5% и 20%. Имеется нейтронный замедлитель, преобразующий быстрые нейтроны в медленные тепловые.
* «Ствол» состоит из двух секций: большая изготовлена из низкообогащенного урана (англ. Low-Enriched uranium — LEU), меньшая возле дула из высокообогащенного урана (англ. High-Enriched uranium — HEU). Замедлителя в стволе нет.
* Двигаясь по LEU-секции «ствола», урановый «снаряд» образует с ним критическую массу — но ввиду отсутствия нейтронного замедлителя в «стволе», интенсивная цепная реакция идет только в «снаряде».
* Цепная реакция разогревает «снаряд» сначала до кипения, затем до испарения, превращая его в облако перегретого уранового газа. Из-за высокой скорости движения облака по «стволу», оно не успевает значимо рассеяться.
* Влетая в дульную HEU-секцию «ствола», облако уранового газа подвергается крайне интенсивному нейтронному облучению. Цепная реакция в урановом газе приводит к ионизации и превращению газа в электропроводящую плазму.
* Электропроводящая плазма направляется магнитными полями решетчатого сопла и выстреливается, создавая реактивную тягу.
* Избыточное тепло, накопившееся в «стволе», рециркулируется системой активного охлаждения, которая закачивает к «стволу» охлажденный хладагент, и подает нагретый в радиаторы через турбину/МГД-генератор. Генератор вырабатывает электрический ток, служащий для питания электромагнитного ускорителя и магнитных систем сопла. Теоретически, на каждый выстрел система поглощает до 5 мегаватт, генерируя при этом (за счет выделяющегося тепла ядерной реакции) до 200 мегаватт.
Согласно расчетам авторов проекта, такой двигатель будет иметь удельный импульс порядка 5000 секунд — примерно в 10 раз лучше чем у химического кислород-водородного двигателя. Тяга же (за счет использования массивной урановой плазмы) может достигать 100.000 ньютонов.
Проект небесспорный, но изящный — вне всякого сомнения)
