Jau ankstyvose raketų ir kosmoso pramonės plėtros stadijose pasirodė pirmieji pasiūlymai dėl įvairių branduolinių technologijų naudojimo. Buvo pasiūlytos ir parengtos įvairios technologijos ir agregatai, tačiau tik kai kurie iš jų pasiekė faktinį veikimą. Ateityje tikimasi iš esmės naujų sprendimų pristatymo.
Pirmasis kosmose
1954 metais JAV buvo sukurtas pirmasis radioizotopinis termoelektrinis generatorius (RTG arba RTG). Pagrindinis RTG elementas yra radioaktyvusis izotopas, kuris natūraliai suyra išskirdamas šiluminę energiją. Naudojant termoelementą, šiluminė energija paverčiama elektros energija, kuri tiekiama vartotojams.
Pagrindinis RTG privalumas yra ilgalaikio veikimo galimybė su stabiliomis charakteristikomis ir be priežiūros. Gyvenimo trukmę lemia pasirinkto izotopo pusinės eliminacijos laikas. Tuo pačiu metu toks generatorius pasižymi mažu efektyvumu ir išėjimo galia, jam taip pat reikia biologinės apsaugos ir tinkamų saugos priemonių. Tačiau RTG buvo pritaikytos daugelyje sričių, kuriose keliami specialūs reikalavimai.
1961 m. JAV buvo sukurtas SNAP 3B tipo RTG, kurio kapsulėje buvo 96 g plutonio-238. Tais pačiais metais į orbitą pakilo „Transit 4A“palydovas, turintis tokį generatorių. Tai tapo pirmuoju erdvėlaiviu Žemės orbitoje, kuris panaudojo branduolio skilimo energiją. 1965 m. SSRS paleido palydovą „Kosmos-84“-pirmąjį savo „Orion-1“RTG įrenginį, naudojantį polonį-210.
Vėliau abi supervalstybės aktyviai naudojo RTG, kad sukurtų kosmoso technologijas įvairiems tikslams. Pavyzdžiui, pastaraisiais dešimtmečiais nemažai marsaeigių buvo varomi radioaktyviųjų elementų skilimo. Panašiai tiekiamas ir nuo Saulės nutolusių misijų maitinimas.
Daugiau nei pusę amžiaus RTG įrodė savo galimybes daugelyje sričių, įskaitant. kosmoso pramonėje, nors jie ir toliau išliko specializuota konkrečių užduočių priemonė. Tačiau atlikdami tokį vaidmenį radioizotopų generatoriai prisideda prie pramonės plėtros, tyrimų ir kt.
Branduolinė raketa
Netrukus po kosmoso programų pradžios pirmaujančios šalys pradėjo spręsti branduolinio raketinio variklio sukūrimo klausimą. Buvo pasiūlytos skirtingos architektūros su skirtingais veikimo principais ir skirtinga nauda. Pavyzdžiui, amerikiečių projekte „Orion“buvo pasiūlytas erdvėlaivis, kuris paspartinti naudoja mažos galios branduolinių galvučių smūginę bangą. Taip pat buvo kuriami labiau pažįstamos išvaizdos dizainai.
Dešimtajame ir šeštajame dešimtmetyje NASA ir susijusios organizacijos sukūrė variklį NERVA (branduolinis variklis raketų transporto priemonėms). Pagrindinis jo komponentas buvo atviro ciklo branduolinis reaktorius. Darbinis skystis skysto vandenilio pavidalu turėjo būti šildomas iš reaktoriaus ir išmestas per purkštuką, sukuriant trauką. Šio tipo branduolinis variklis savo konstrukcinėmis savybėmis buvo pranašesnis už tradicines cheminio kuro sistemas, nors veikdamas buvo pavojingesnis.
NERVA projektas buvo išbandytas įvairiems komponentams ir visam surinkimui. Bandymų metu variklis buvo įjungtas 28 kartus ir dirbo beveik 2 valandas. nebuvo jokių svarbių problemų. Tačiau projektas nebuvo toliau plėtojamas. Šeštojo ir septintojo dešimtmečių sandūroje Amerikos kosmoso programa buvo rimtai apribota, o NERVA variklio atsisakyta.
Tuo pačiu laikotarpiu panašūs darbai buvo atlikti SSRS. Perspektyvus projektas pasiūlė naudoti variklį su reaktoriumi, kuris šildo darbinį skystį skysto vandenilio pavidalu. Šeštojo dešimtmečio pradžioje tokiam varikliui buvo sukurtas reaktorius, o vėliau pradėti dirbti su likusiais agregatais. Ilgą laiką buvo tęsiami įvairių prietaisų bandymai ir kūrimas.
Aštuntajame dešimtmetyje baigtas variklis RD-0410 išlaikė daugybę degimo bandymų ir patvirtino pagrindines charakteristikas. Tačiau projektas nebuvo toliau plėtojamas dėl didelio sudėtingumo ir rizikos. Vidaus raketų ir kosmoso pramonė ir toliau naudojo „cheminius“variklius.
Vilkikai kosmose
Vykdydami tolesnius tyrimus ir projektavimo darbus JAV ir mūsų šalyje jie priėjo prie išvados, kad netikslinga naudoti NERVA arba RD-0410 tipo variklius. 2003 metais NASA pradėjo bandyti iš esmės naują erdvėlaivio su atomine elektrine architektūrą. Projektas buvo pavadintas „Prometėjas“.
Naujoji koncepcija pasiūlė sukurti erdvėlaivį, kuriame būtų pilnavertis reaktorius, tiekiantis elektros energiją, taip pat jonų reaktyvinį variklį. Toks aparatas galėtų būti pritaikytas tolimųjų tyrimų misijose. Tačiau „Prometėjo“kūrimas pasirodė pernelyg brangus, o rezultatų buvo tikimasi tik tolimoje ateityje. 2005 m. Projektas buvo uždarytas, nes trūko perspektyvų.
2009 m. Rusijoje buvo pradėtas kurti panašus produktas. „Transporto ir galios modulis“(TEM) arba „kosminis vilkikas“turi priimti megavatų klasės atominę elektrinę kartu su ID-500 jonų varikliu. Siūloma erdvėlaivį surinkti Žemės orbitoje ir naudoti įvairiems kroviniams gabenti, kitiems erdvėlaiviams pagreitinti ir kt.
TEM projektas yra labai sudėtingas, o tai turi įtakos jo kainai ir laikui. Be to, buvo daug organizacinių problemų. Nepaisant to, dešimtosios dalies viduryje atskiri TEM komponentai buvo paimti bandymams. Darbas tęsiamas ir ateityje gali sukelti tikrą „kosmoso vilkiką“. Tokio aparato konstrukcija planuojama antroje dvidešimtojo dešimtmečio pusėje; paleidimas - 2030 m
Nesant rimtų sunkumų ir laiku neįgyvendinus visų planų, TEM gali tapti pirmuoju pasaulyje pristatytu savo klasės gaminiu. Tuo pačiu metu yra tam tikra laiko riba, tuo pačiu atmetant galimybę laiku pasirodyti konkurentams.
Perspektyvos ir apribojimai
Branduolinės technologijos labai domina raketų ir kosmoso pramonę. Visų pirma, gali būti naudingos skirtingų klasių elektrinės. RTG jau rado taikymą ir yra tvirtai įsitvirtinę kai kuriose srityse. Visiški branduoliniai reaktoriai dėl didelių matmenų ir masės dar nenaudojami, tačiau laivuose su tokia įranga jau vyksta pokyčiai.
Kelis dešimtmečius pirmaujančios kosmoso ir branduolinės jėgos parengė ir praktiškai išbandė keletą originalių idėjų, nustatė jų gyvybingumą ir nustatė pagrindines taikymo sritis. Tokie procesai tęsiasi iki šiol ir greičiausiai netrukus duos naujų praktinio pobūdžio rezultatų.
Reikėtų pažymėti, kad branduolinės technologijos kosmoso sektoriuje nėra plačiai paplitusios, ir vargu ar ši situacija pasikeis. Tuo pačiu metu jie yra naudingi ir perspektyvūs tam tikrose srityse ir projektuose. Ir būtent šiose nišose jau realizuojamas turimas potencialas.
