Крылатая ракета с ядерным двигателем. Принцип работы, фото. Почему ядерные ракетные двигатели не стали реальностью
Космический двигатель «Росатома» позволит долететь до Марса за месяц
«Росатом» и «Роскосмос» совместно разрабатывают ядерный двигатель, который позволит долететь до Марса за месяц, заявил генеральный директор «Росатома» Сергей Кириенко, выступая в Совете Федерации.
По его словам, новый двигатель позволит не только долететь до Марса за месяц-полтора, но и вернуться назад, так как он будет сохранять возможность и ускорения, и маневрирования кораблем.
«Сегодняшние космические установки позволяют долететь до Марса за полтора года без возможности вернуться обратно и без возможности маневрирования», — уточнил Кириенко.
Источник: regnum.ru
Оригинал взят у marafonec в Ядерная энергетическая установка для ракет и подводных аппаратов - как это работаетВчера, без всякого преувеличения, мы стали свидетелями эпохального события, открывающего новые, совершенно фантастические перспективы для военной техники и (в перспективе) - энергетики и транспорта вообще.
Но для начала хотелось бы понять, как работает ядерная энергетическая установка для ракет и подводных аппаратов, о которой говорил Путин. Что именно в ней является движителем? Откуда берётся тяга? Не за счёт же вылетающих из сопла нейтронов...
Когда узнал со слов коллеги о том, что у нас созданы ракеты с практически неограниченной дальностью полёта, обалдел. Показалось, он что-то упустил, а слово "неограниченной" было упомянуто в каком-то узком смысле.
Но информация, полученная затем из первоисточника, сомнений не вызывала. Звучала, напомню, она так:
«Одно из них - создание малогабаритной сверхмощной ядерной энергетической установки, которая размещается в корпусе крылатой ракеты типа нашей новейшей ракеты Х-101 воздушного базирования или американского «Томагавка», но при этом обеспечивает в десятки раз - в десятки раз! - большую дальность полёта, которая является практически неограниченной.»
В услышанное невозможно было поверить, но не верить было нельзя - это сказал ОН. Включил мозг и тут же получил ответ. Да какой!
Ну, черти! Ну, гении! Нормальному человеку такое даже в голову не придёт!
Итак, до сих пор мы знали только о ядерных силовых установках для космических ракет. В космических ракетах обязательно есть вещество, которое, будучи разогретым или разогнанным ускорителем, питаемым ядерной силовой установкой, с силой выбрасывается из сопла ракеты и обеспечивает ей тягу.
Вещество при этом расходуется и время работы двигателя ограничено.
Такие ракеты уже были и ещё будут. А вот за счёт чего движется ракета нового типа, если её дальность является "практически неограниченной"?
Ядерная энергетическая установка для ракет
Чисто теоретически, кроме тяги на веществе, имеющемся в запасе на ракете, движение ракеты возможно за счёт тяги электрических двигателей с "пропеллерами" (винтовой двигатель). Электричество при этом производит генератор, питающийся от ядерной силовой установки.
Но такую массу без большого крыла на винтовой тяге, да ещё с винтами небольшого диаметра, в воздухе не удержать - слишком мала такая тяга. А это таки ракета, а не беспилотник.
Итого, остаётся самый неожиданный и, как оказалось, самый эффективный способ обеспечения ракеты веществом для тяги - взятие его из окружающего пространства.
Т.е., как бы это удивительно ни звучало, но новая ракета работает "на воздухе"!
В том смысле, что из её сопла вырывается именно разогретый воздух и более ничего! А воздух не закончится, пока ракета находится в атмосфере. Именно поэтому эта ракета - крылатая, т.е. её полёт проходит целиком в атмосфере.
Классические технологии ракет большой дальности старались сделать полёт ракеты выше, чтобы уменьшить трение о воздух и тем самым увеличить их дальность. Мы как всегда сломали шаблон и сделали ракету не просто большой, а неограниченной дальности именно в воздушной среде.
Неограниченная дальность полёта даёт возможность таким ракетам работать в режиме ожидания. Запущенная ракета прибывает в район патрулирования и нарезает там круги, ожидая доразведки данных о цели или прибытия цели в данный район. После чего неожиданно для цели немедленно её атакует.
Ядерная энергетическая установка для подводных аппаратов
Думаю, аналогично устроена и ядерная энергетическая установка для подводных аппаратов о которых говорил Путин. С той поправкой, что вместо воздуха используется вода.
Дополнительно об этом говорит то, что эти подводные аппараты обладают низкой шумностью. Известная торпеда "Шквал", разработанная ещё в советское время, имела скорость порядка 300 км/час, но была очень шумной. По сути это была ракета, летящая в воздушном пузыре.
За малошумностью же стоит новый принцип движения. И он - тот же самый, что и в ракете, потому что универсален. Была бы только окружающая среда минимально необходимой плотности.
Этому аппарату неплохо подошло бы название "Кальмар", потому что по сути это водомётный двигатель в "ядерном исполнении" :)
Что касается скорости, она кратно превосходит скорость самых быстрых надводных кораблей. Самые быстрые корабли (именно корабли, а не катера) имеют скорость до 100-120 км/час. Следовательно, с минимальным коэффициентом 2 получаем скорость 200-250 км/час. Под водой. И не очень шумно. И с дальностью в многие тысячи километров... Страшный сон наших недругов.
Относительно ограниченная по сравнению с ракетой дальность - временное явление и объясняется тем, что морская вода высокой температуры - очень агрессивная среда и материалы камеры, условно говоря, сгорания, имеют ограниченный ресурс. Со временем же дальность этих аппаратов может быть увеличена в разы только за счёт создания новых, более устойчивых материалов.
Ядерная энергетическая установка
Несколько слов о самой ядерной энергетической установке.
1. Поражает воображение фраза Путина:
«При объёме в сто раз меньше, чем у установок современных атомных подводных лодок, имеет большую мощность и в 200 раз меньшее время выхода на боевой режим, то есть на максимальную мощность.»
Опять одни вопросы.
Как они этого добились? Какие конструкторские решения и технологии применены?
Мысли такие.
1. Радикальное, на два порядка, увеличение отдачи мощности на единицу массы возможно только при условии приближения режима работы ядерного реактора к взрывному. При этом реактор надёжно управляется.
2. Поскольку околовзрывной режим работы обеспечивается надёжно, скорее всего, это реактор на быстрых нейтронах. На мой взгляд, только на них возможно безопасное использование столь критического режима работы. Кстати, для них топлива на Земле - на столетия.
3. Если же со временем мы узнаем, что это таки реактор на медленных нейтронах, я тем более снимаю шляпу перед нашими ядерщиками, потому что без официального заявления в это совершенно невозможно поверить.
В любом случае, смелость и изобретательность наших ядерщиков поразительна и достойна самых громких слов восхищения! Особенно приятно, что наши ребята умеют работать в тиши. А потом как грохнут новостью по голове - хоть стой, хоть падай! :)
Как это работает
Примерная, смысловая, схема работы двигателя ракеты на основе ядерной силовой установки выглядит так.
1. Открывается, условно говоря, впускной клапан. Набегающий воздушный поток попадает через него в камеру нагрева, которая постоянно разогрета от работы реактора.
2. Впускной клапан закрывается.
3. Воздух в камере нагревается.
4. Открывается выпускной клапан и воздух с большой скоростью вырывается из сопла ракеты.
5. Выпускной клапан закрывается.
Цикл повторяется с высокой частотой. Отсюда эффект непрерывной работы.
P.S. Описанный выше механизм, повторю, - смысловой. Он дан по просьбе читателей для лучшего понимания того, как этот двигатель может вообще работать. В реальности, не исключено, реализован прямоточный двигатель. Главное в данной статье - не определение типа двигателя, а выявление вещества (набегающего воздуха), которое используется в качестве единственного рабочего тела, дающего тягу ракете.
Безопасность
Использование открытия российских учёных в гражданском секторе тесно связано с безопасностью ядерной силовой установки. Не в смысле её возможного взрыва - думаю, этот вопрос решён, - а в смысле безопасности его выхлопа.
Защита малогабаритного ядерного двигателя явно меньше, чем у большого по размерам, поэтому нейтроны наверняка будут проникать в "камеру сгорания", а точнее, камеру разогрева воздуха, тем самым с некоторой вероятностью делая радиоактивным всё, что таковым можно в воздухе сделать.
Азот и кислород имеют радиоактивные изотопы с малым временем полураспада и не опасны. Радиоактивный углерод вещь долгоживущая. Но есть и хорошие новости.
Радиоактивный углерод образуется в верхних слоях атмосферы под действием космических лучей и так, так что свалить все на ядерные двигатели не получится. Но главное, концентрация углекислого газа в сухом воздухе составляет всего 0,02÷0,04%.
Учитывая же, что процент углерода, становящийся радиоактивным, величина ещё на несколько порядков меньшая, предварительно можно считать, что выхлоп ядерных двигателей не более опасен, чем выхлоп ТЭЦ, работающей на угле.
Более точная информация появится, когда дело подойдёт к гражданскому применению этих двигателей.
Перспективы
Честно говоря, от перспектив захватывает дух. Причём я уже говорю не о военных технологиях, здесь всё ясно, а о применении новых технологий в гражданском секторе.
Где могут быть применены ядерные силовые установки? Пока навскидку, чисто теоретически, в перспективе 20-30-50 лет.
1. Флот, в том числе гражданский, транспортный. Многое придётся переводить на подводные крылья. Зато скорость можно легко увеличить вдвое/втрое, а стоимость эксплуатации с годами будет только падать.
2. Авиация, прежде всего транспортная. Хотя, если безопасность с точки зрения опасности облучения окажется минимальной, возможно применение и для гражданских перевозок.
3. Авиация с вертикальным взлётом и посадкой. С использованием резервуаров со сжатым воздухом, пополняемых во время полёта. Иначе, на малых скоростях, необходимую тягу не обеспечить.
4. Локомотивы скоростных электропоездов. С использованием промежуточного электрогенератора.
5. Грузовые автомобили на электротяге. Тоже, разумеется, с использованием промежуточного электрогенератора. Это, думаю, будет в отдалённой перспективе, когда силовые установки удастся уменьшить ещё в несколько раз. Но исключать такой возможности я бы не стал.
Это уже не говоря о наземном/мобильном использовании ядерных электроустановок. Одна беда - для работы таких малогабаритных ядерных реакторов требуются не уран/плутоний, а гораздо более дорогие радиоактивные элементы, наработка которых в ядерных же реакторах пока очень и очень дорога и требует времени. Но и эта задача может быть со временем решена.
Друзья, обозначена новая эра в сфере энергетики и транспорта. Судя по всему, Россия станет лидером этих направлений на ближайшие десятилетия.
Примите мои поздравления.
Скучно не будет!
Константин Иванков
СПОСОБ ЗАПУСКА ЯДЕРНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ОСНОВАННЫХ НА РЕАКЦИЯХ РЕЗОНАНСНО-ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕЛЕНИЯ И СИНТЕЗА
(57) Реферат:
Сущность изобретения: способ запуска ядерных ракетных двигателей, основанных на реакциях резонансно-динамического деления и синтеза, заключается в том, что в активную зону - магнитную ловушку реактора - вводят до достижения заданной плотности газ исходных ядер синтеза и пар или газ из делящегося вещества. Затем на время инициирования реакций деления и синтеза в активную зону реактора вводят высокоэнергетические протоны, которые, вращаясь внутри реактора, генерируют нейтроны из ядер делящегося вещества. За счет соответствующего выбора энергии - релятивистской массы протонов - возбуждают электромагнитные и магнитоакустические волны, частота которых совпадает с частотой вращения исходных ядер синтеза, находящихся в приосевой области, и тем самым нагревают их до термоядерных температур. Кроме этого, высокоэнергетические протоны ионизируют ядра деления и синтеза, в результате чего они под действием скрещенных электрического и магнитного полей магнитной ловушки начинают вращаться вокруг продольной оси реактора с дрейфовой скоростью, обеспечивающей резонансное деление ядер делящегося вещества при их соударении с тепловыми нейтронами, вошедшими в активную зону реактора из замедлителя, в котором они были получены из быстрых нейтронов при их замедлении. После поджига совместных реакций деления и синтеза подача высокоэнергетических протонов прекращается. Однако она может быть продолжена при необходимости дополнительного снижения критической плотности делящегося вещества или получения дополнительной ядерной энергии. Технический результат заключается в обеспечении возможности совместного протекания реакций резонансно-динамического деления и термоядерного синтеза за счет использования высокоэнергетических протонов, ускоренных до энергии сотни МЭВ. 2 табл., 1 ил.
Но я лично думаю, что все проще: крылатая ракета стартует обычным образом, выходит на высоту и скорость, а далее работает прямоточный реактивный двигатель рельсотронной архитектуры, где импульсы разрядные питаются от небольшого реактора и порождают в воздухе поток плазмы - ионизированного воздуха. Это позволяет поддерживать режим полета на заданной скорости (рельсотронные ускорители позволяют создавать достаточно быстрый реактивный поток). Для аппарата основная задача: лететь на нужной скорости как можно дольше, поток пазмы - не радиоактивен, а в момент взрыва ракеты ядерная установка разрушается, добавляя радиоактивности в эпицентре. Вот такая схема, судя по всему, и реализуется в данном типе оружия - так получается крылатая ракета с ядерной энергетической установкой.
Советские и американские ученые разрабатывали ракетные двигатели на ядерном топливе с середины XX века. Дальше прототипов и единичных испытаний эти разработки не продвинулись, но сейчас единственная ракетная двигательная установка, которая использует ядерную энергию, создается в России. «Реактор» изучил историю попыток внедрения ядерных ракетных двигателей.
Когда человечество только начало покорять космос, перед учеными встала задача энергообеспечения космических аппаратов. Исследователи обратили внимание на возможность использования ядерной энергии в космосе, создав концепцию ядерного ракетного двигателя. Такой двигатель должен был использовать энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги.
В СССР уже в 1947 году начались работы по созданию ядерного ракетного двигателя. В 1953 году советские специалисты отмечали, что «использование атомной энергии позволит получить практически неограниченные дальности и резко снизить полетный вес ракет» (цитата по изданию «Ядерные ракетные двигатели » под редакцией А.С. Коротеева, М, 2001). Тогда двигательные установки на ядерной энергии предназначались, в первую очередь, для оснащения баллистических ракет, поэтому интерес правительства к разработкам был большим. Президент США Джон Кеннеди в 1961 году назвал национальную программу по созданию ракеты с ядерным ракетным двигателем (Project Rover) одним из четырех приоритетных направлений в завоевании космоса.
Реактор KIWI, 1959 год. Фото: NASA.
В конце 1950-х американские ученые создали реакторы KIWI. Они много раз были испытаны, разработчики сделали большое количество модификаций. Часто при испытаниях происходили неудачи, например, однажды произошло разрушение активной зоны двигателя и обнаружилась большая утечка водорода.
В начале 1960-х как в США, так и в СССР были созданы предпосылки для реализации планов по созданию ядерных ракетных двигателей, но каждая страна шла своей дорогой. США создавали много конструкций твердофазных реакторов для таких двигателей и испытывали их на открытых стендах. СССР вел отработку тепловыделяющей сборки и других элементов двигателя, готовя производственную, испытательную, кадровую базу для более широкого «наступления».
Схема ЯРД NERVA. Иллюстрация: NASA.
В США уже в 1962 году президент Кеннеди заявил, что «ядерная ракета не будет применяться в первых полетах на Луну», поэтому стоит направлять средства, выделяемые на освоение космоса, на другие разработки. На рубеже 1960-1970-х были испытаны еще два реактора (PEWEE в 1968 году и NF-1 в 1972 году) в рамках программы NERVA . Но финансирование было сосредоточено на лунной программе, поэтому программа США по созданию ядерных двигателей сокращалась в объеме, и в 1972 году была закрыта.
Фильм NASA про ядерный реактивный двигатель NERVA.
В Советском Союзе разработки ядерных ракетных двигателей продолжались до 1970-х годов, а руководила ими известнейшая ныне триада отечественных ученых-академиков: Мстислав Келдыш, Игорь Курчатов и . Они оценивали возможности создания и применения ракет с ядерными двигателями достаточно оптимистично. Казалось, что вот-вот, и СССР запустит такую ракету. Прошли огневые испытания на Семипалатинском полигоне - в 1978 году состоялся энергетический пуск первого реактора ядерного ракетного двигателя 11Б91 (или РД-0410), потом еще две серии испытаний - второго и третьего аппаратов 11Б91-ИР-100. Это были первые и последние советские ядерно-ракетные двигатели.
М.В. Келдыш и С.П. Королев в гостях у И.В. Курчатова, 1959 г.
Москва. 12 марта. сайт - Заместитель министра обороны РФ Юрий Борисов в опубликованном в понедельник интервью газете "Красная звезда" рассказал о новейшем российском оружии, которое 1 марта стало одной из главных тем Владимира Путина к Федеральному собранию.
Крылатая ракета с ядерным двигателем
Среди прочих новинок президент крылатую ракету с ядерным двигателем. По его словам, ничего подобного пока нет ни у одной страны в мире.
"Практически ее можно обнаружить на самом подходе к цели, а возможности ее маневра делают крылатую ракету также неуязвимой. Она может нести груз на любое расстояние. Сутками может летать", - рассказал "Красной звезде" замминистра обороны.
"Нам впервые, наверное, удалось это сделать. Спасибо огромное нашим ученым-ядерщикам, которые эту сказку сделали практической былью. В прошлом году прошли комплексные испытания, они подтвердили все те подходы, которые были заложены в эту крылатую ракету", - продолжил Борисов.
Он уточнил, что в ходе испытаний были подтверждены возможности вывода на заданную мощность ядерной энергетической установки. Замминистра пояснил, что ракета стартует на обычных пороховых двигателях, а затем запускается ядерная установка, при этом запуск должен происходить за короткий промежуток времени.
"Уникальность этой ракеты в том, что она, может быть, и тихоходнее по сравнению с гиперзвуковым "Кинжалом", но летит по заданной траектории, огибая складки местности на низкой высоте, что затрудняет ее обнаружение", - сказал Борисов.
Гиперзвуковой комплекс "Авангард"
Представитель военного ведомства также уделил внимание гиперзвуковому комплексу "Авангард". По его словам, система хорошо испытана и у Минобороны есть контракт на ее серийное производство. "Так что это никакой не блеф, а реальные вещи", - утверждает Борисов.
Он отметил, что при создании "Авангарда" российским ученым пришлось преодолеть ряд сложностей, связанных с тем, что температура на поверхности боевого блока достигает 2 тыс. градусов. "Он действительно летит в плазме. Поэтому проблема управления этим объектом и вопросы защиты стояли очень остро, но решения были найдены", - отметил Борисов.
МБР "Сармат"
Межконтинентальная баллистическая ракета (МБР) "Сармат" должна прийти на смену МБР "Воевода", продолжил замминистра.
"Подразумевается, что она, в отличие от своих предшественниц, может быть оснащена еще и гиперзвуковыми блоками, которые на порядок увеличивают проблему ее перехвата со стороны противоракетных систем", - сказал он.
По словам Борисова, все практические, научно-технические и производственные проблемы уже решены, подготовлены необходимые производственные мощности.
"В прошлом году хорошо прошли бросковые испытания. Они, безусловно, будут продолжены, потому что, как вы знаете, ракетная техника требует повышенной надежности. Это очень грозное оружие, и требуется гарантировать его стопроцентное применение. Поэтому большое количество испытаний - это, безусловно, нормальная практика", - сказал Борисов.
По его словам, стартовый вес ракеты "Сармат" превысит 200 тонн.
"Она может летать и через Северный, и через Южный полюса благодаря тому, что у нее значительно повышена дальность применения по отношению к "Воеводе". А возможность выводить серьёзную полезную нагрузку позволяет нам применять различную "начинку" - боевые блоки, которые в совокупности с тяжёлыми ложными целями достаточно эффективно преодолевают всевозможные элементы противоракетной обороны", - заявил он.
"Самое привлекательное, конечно, сбивать баллистическую ракету на старте, когда она находится на активном участке полета. У нашей новинки "Сармат" этот активный участок гораздо меньше, чем у его прародителя "Воеводы". Именно это делает новую МБР менее уязвимой", - сказал Борисов.
Утилизация "Воеводы"
В ближайшее время российские военные приступят к утилизации МБР "Воевода" (по классификации НАТО - SS-18 "Сатана").
"Про эту стратегическую ракету все хорошо наслышаны, и у нас она прозвана "Воевода", а на Западе её называют "Сатана". Она разработана еще в середине 1980-х годов и стоит на боевом дежурстве, но время проходит, технологии двигаются вперед, эта система устаревает. Она уже на финише своего жизненного цикла...", - пояснил Борисов.
Между тем, в прошлом декабре командующий РВСН генерал-полковник Сергей Каракаев заявлял, что "Воевода" останется в боевом составе Ракетных войск стратегического назначения (РВСН) до 2024 года. Он говорил, что комплексы могут остаться на боевом дежурстве и после этого, вплоть до 2025-2027 годов.
Ядерный подводный беспилотник
Подводный аппарат с ядерной энергетической установкой, который президент охарактеризовал словами "это просто фантастика", позволяет создать на своей основе торпеду с рекордными габаритными и весовыми характеристиками, заявил Борисов.
Он уточнил, что аппарат может погружаться на глубину свыше 1 тыс. метров и маневрировать в процессе движения к намеченной цели, двигаясь практически автономно.
"Оно не требует никакой коррекции, т.е. гироскопия, система наведения позволяют ей с достаточно высокой точностью, быстро, "без улик" подойти к объекту поражения. Я не знаю сегодня средств, которые способны остановить это оружие, потому что даже скоростные характеристики у него кратно выше, чем у имеющихся надводных и подводных средств, включая торпедное оружие", - сказал Борисов.
Он назвал новое оружие уникальным, открывающим совершенно другие возможности для защиты и безопасности РФ. По его словам, в отличие от нынешних атомных подлодок, для выведения на заданную мощность реактора нового аппарата нужны считанные секунды, а не несколько часов.
Гиперзвуковые комплексы "Кинжал"
Наконец, говоря о гиперзвуковых ракетных комплексы "Кинжал", Борисов отметил, что они могут уничтожать как неподвижные, так и движущиеся цели вплоть до авианосцев и кораблей класса крейсер, эсминец, фрегат.
Помимо гиперзвуковой скорости, "Кинжал" обладает способностью обходить все опасные зоны противовоздушной или противоракетной обороны. "Именно возможность маневрирования в гиперзвуковом полёте позволяет обеспечить неуязвимость этого изделия и гарантированное попадание в цель", - сказал замминистра.
Он напомнил, что с декабря прошлого года первые "Кинжалы" были приняты в опытно-боевую эксплуатацию и уже стоят на дежурстве.
2018 год запомнится неприятной вещью: мир снова заговорил об атомном оружии и военных ядерных технологиях. Люди опять начинают задумываться, сколько времени летит до нас баллистическая ракета, куда бежать в случае тревоги, как устроены и где расположены бомбоубежища, какие поражающие факторы есть у атомных и термоядерных зарядов, есть ли у нас что-то, чем можно ответить и, в конце концов, можно ли всего этого избежать. «Популярная механика» попытается ответить на некоторые из этих невеселых вопросов.
Ядерный след
Проблема досягаемости территории США для СССР, окруженного со всех сторон американскими базами, возникла сразу после окончания Второй мировой войны. Американские и английские стратегические бомбардировщики с ядерным оружием размещались вокруг не для мифической защиты от международных террористов, а конкретно для нападения на Советский Союз. Достичь же территории США с советских аэродромов классические советские бомбардировщики не могли: для этого требовалась дальность не менее 16 000 км. Для поражения же удаленных целей на территории США и свободного выбора трассы полета для обхода районов ПВО требовалась дальность в 25 000 км. Обеспечить ее на сверхзвуковом режиме могли только самолеты с ядерными силовыми установками.
Турбореактивный. Атомный
Сегодня подобные проекты кажутся невероятными, а в начале 1950-х задача была не сложнее, чем размещение реакторов на подводных лодках: и то и другое давало практически неограниченный радиус действия. Самолеты было поручено конструировать КБ Туполева и Мясищева, а «специальные двигатели» — КБ Архипа Люльки.
368 целей для ядерных зарядов, чтобы убить четверть населения Китая (источник: The New York Times)
Турбореактивный двигатель с атомным реактором (ТРДА) по конструкции очень сильно напоминает обычный турбореактивный двигатель (ТРД). Только если в ТРД тяга создается расширяющимися при сгорании керосина горячими газами, то в ТРДА воздух нагревается, проходя через реактор. Активная зона авиационного атомного реактора на тепловых нейтронах набиралась из керамических тепловыделяющих элементов, в которых имелись продольные шестигранные каналы для прохода нагреваемого воздуха. Расчетная тяга разрабатываемого двигателя должна была составить 22,5 т. Рассматривалось два варианта компоновки ТРДА — «коромысло», при котором вал компрессора располагался вне реактора, и «соосный», где вал проходил по оси реактора. В первом случае вал работал в щадящем режиме, во втором требовались специальные высокопрочные материалы. Но соосный вариант обеспечивал меньшие размеры двигателя. Поэтому одновременно прорабатывались варианты с обеими двигательными установками.
Главным недостатком таких двигателей так называемой открытой схемы, когда атмосферный воздух проходил напрямую через реактор, было сильное радиационное заражение отработанного воздуха, что, например, исключало возможность применения обычной кабины экипажа. Он должен был располагаться в герметичной многослойной 60-тонной (!) свинцовой капсуле и управлять машиной посредством телевизионных и радиолокационных экранов. Расчетная масса такого самолета должна была превысить 250 т. Появилась логичная идея сделать бомбардировщик в беспилотном варианте — в виде своеобразной гигантской крылатой ракеты. Однако в ВВС не поддержали проект: в 1950-х годах автоматические системы управления не могли обеспечить маневренность для преодоления системы ПВО США.
124 цели для ядерных зарядов, чтобы убить четверть населения США (источник: The New York Times)
Космический буксир
За прошедшие 70 лет мало что изменилось: мы даже еще плотнее окружены американскими базами, досягаемость территории США все еще является проблемой, разве что мы научились делать прекрасные системы автономного управления — посадка «Бурана» тому подтверждение. И как в пятидесятые, никакой альтернативы для длительного межконтинентального полета в атмосфере, кроме ядерного двигателя, нет. А тема эта не просто секретная, а суперсекретная. Тем не менее что-то мы знаем, а о чем-то можно догадаться.
Последние открытые данные поступали из незавершенного проекта ядерной энергодвигательной установки для «космического буксира». Занимался космическим реактором Институт имени Келдыша, в котором до недавнего времени довольно охотно делились информацией об этом проекте. Но несколько лет назад все общение с журналистами на эту тему представители института прекратили — прямой признак, что работы, которые раньше велись для «мирного космоса», переросли в немирные. Но кое-что удалось узнать ранее.
Например, что в реакторе для ядерного реактивного двигателя (ЯРД) использовалось уникальное топливо, состоявшее из карбидов — соединений урана, вольфрама и ниобия с углеродом. Это позволило далеко опередить по допустимым температурам классический оксид урана, который плавится примерно при 2500 градусах. Такое топливо неплохо работало в водородной среде, в которую, правда, приходилось добавлять гептан для подавления химических реакций карбидов с водородом. Но в окислительной среде, какой является раскаленный до пары тысяч градусов воздух (а наша ядерная крылатая ракета летит в атмосфере), карбиды работать не смогут: углерод будет окисляться кислородом, а оставшиеся металлы расплавятся и улетят с потоком теплоносителя. Подольское НПО «Луч», производившее эти ТВЭЛы, научилось покрывать топливные стерж-ни металлическим ниобием, что расширило список различных сред, в которых это топливо устойчиво, но при тех температурах, которые нужны в ЯРД, ниобий реагирует с кислородом, образуя оксид, и тоже не может защитить топливо. Может быть, сплав тантала с гафнием мог бы быть достаточно стойким в этих условиях, но гафний сильно поглощает нейтроны, что затрудняет конструирование реактора.
Следовательно, напрямую ЯРД в двигатель для полета в атмосфере не конвертируется. Хотя многие идеи заимствовать можно, и они являются общими для разных малогабаритных и космических реакторов. Например, органы управления реактором в виде поворотных барабанов, врезанных в боковой отражатель нейтронов из бериллия. Примерно такая схема применялась и в советских космических ядерных энергетических установках «Бук» и «Топаз», и в некоторых американских реакторах, тоже предназначенных для использования вне Земли. А топливо, скорее всего, придется применять оксидное, как в большинстве реакторов по всему миру. Во всяком случае, пока завеса секретности не опустилась на «космический буксир», келдышевцы планировали использовать в этой ЯЭДУ именно оксидное топливо.
Быстрые и медленные нейтроны
Но почему-то неспециалисты дружно решили, что основой двигателя крылатой ракеты должен стать реактор на быстрых нейтронах. Объяснение простое: ради компактности устройства в нем нужно применять ядерное топливо высокого обогащения, а тогда замедлитель оказывается не нужен, ведь он увеличивает сечение деления у урана-235, мало влияя на сечение захвата ураном-238. Кроме того, медленные нейтроны имеют ту же температуру, что и замедлитель, а значит, их энергия растет вместе с температурой в реакторе, уменьшая их преимущества. Действительно, «Бук» — самый массовый космический реактор — работал на быстрых нейтронах, а его наследник «Топаз» — на промежуточных. Однако реактор на тепловых нейтронах может быть не менее компактным: замедлитель из гидрида циркония позволяет создать реактор с диаметром активной зоны меньше полуметра, что и было реализовано в советском ЯРД. А для снижения температуры замедлитель должен охлаждаться отдельным потоком теплоносителя, тогда можно реализовать все преимущества медленных нейтронов. Кроме того, в реакторе на тепловых нейтронах можно использовать весьма экзотический изотоп — америций-242м. Несмотря на то что сейчас производство этого изотопа не налажено, организовать его гораздо проще, чем производство полумифического калифорния — в отработанном ядерном топливе америций-241 накапливается сам собой, и его можно выделять достаточно простыми химическими реакциями (и его выделяют, так как он используется, например, в некоторых детекторах дыма). Если из оксида америция-241 спрессовать таблетки и загрузить их в реактор на быстрых нейтронах, тот же БН-800, то можно быстро накопить достаточное количество америция-242м. Буква в конце названия означает, что это ядерный изомер, находящийся в возбужденном состоянии. Дело в том, что у обычного америция-242, чьи ядра находятся в наинизшем энергетическом состоянии, период полураспада всего 16 ч, а у ядра 242м — целых 140 лет. А зачем он нужен? С замедлителем из гидрида циркония он имеет критическую массу меньше 50 г! Соответственно, реактор на нем будет иметь диаметр (без отражателя) порядка 10 см. Такой реактор, правда, с водяным замедлителем, предлагалось использовать в медицине, для нейтронно-захватной терапии. А вот чего точно не будет в реакторе для крылатой ракеты, так это торцевых отражателей нейтронов. Для них просто не остается места: с одной стороны должен быть воздухозаборник, с другой — сопло.
Реконструкция
Несмотря на секретность, примерный внешний облик двигателя представить можно. Впрочем, он не изменился с 60-х годов прошлого века, когда случилась первая волна разработки ядерных самолетов — все схемы были ясны уже тогда. Они разделяются на два принципиально различных класса — с прямым нагревом воздуха в реакторе и с косвенным, когда между воздухом и реактором есть промежуточный теплоноситель и теплообменник. Вторая схема гораздо чище, так как продукты деления не попадают в воздух, но для одноразовых беспилотных аппаратов годится и первая.
Ядерный турбореактивный двигатель
Во время первых экспериментов с ядерными самолетами NB-36 и Ту-95ЛЛ воздушный винт еще не сдал своих позиций, но сейчас был бы явным анахронизмом, ограничивающим скорость дозвуковым уровнем. Уже через пять лет все проектируемые атомолеты стали чисто реактивными. На видео в президентском послании была показана ракета наземного базирования, стартующая с помощью обычного твердотопливного ракетного двигателя, что логично: даже если наш ядерный двигатель не выбрасывает осколки деления прямо в воздух, то гамма-радиацию от работающего реактора полностью заэкранировать невозможно, слишком тяжелой получится защита. Значит, реактор надо запускать на большой высоте — хотя бы в паре километров. Тогда воздух сам будет поглощать радиацию. А если летательный аппарат уже на высоте и разогнан до сверхзвуковой скорости, правильнее строить маршевую ступень с прямоточным двигателем. Примерно так работала сконструированная под руководством С. А. Лавочкина крылатая ракета «Буря», конкурировавшая когда-то с Р-7 за право зваться защитницей наших рубежей. Тогда крылатая ракета проиграла: ПВО совершенствовалось на глазах, а ПРО существовало только на бумаге, да и в реализуемости перехвата баллистической ракеты тогда сомневались многие. Сейчас ситуация изменилась: ПВО и ПРО превратились в единый комплекс средств обнаружения и перехвата, и обмануть его можно лишь одним способом — маневрированием. Для баллистических ракет это тоже возможный способ, но очень энергозатратный, ведь ракета все свое топливо сжигает сразу после старта, и маневрирование в атмосфере возможно лишь за счет уменьшения дальности.
Ядерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель
Вот тут-то ядерный двигатель и получил второй шанс. Конечно, у реактора есть ресурс, и, чем жестче требования к реактору, тем этот ресурс меньше. Но даже у «Бука» ресурс превышал несколько месяцев непрерывной работы, а крылатой ракете нужна максимум пара суток, чтобы обогнуть земной шар по максимально удаленному от пусковых установок противоракет маршруту. Ну и, поскольку это явно оружие Судного дня, экономические требования отступают на второй план по сравнению даже с «космическим буксиром». А значит, топливные стержни покрывать можно хоть иридием, хоть золотом.
А был ли мальчик?
И все же возможно ли это? Ведь нам пообещали, что габариты ракеты с атомным реактором не превысят габаритов обычной крылатой ракеты большой дальности — Х-101 или того же «Калибра». Несложно посчитать, что одно это условие убивает на корню возможность использования теплообменников. Хотя теплообменник «газ — газ» на такие тепловые потоки, в принципе, реализуем, что показывает проект космического самолета с использованием атмосферного кислорода SABRE, в диаметр 533 мм он не впишется никак. Значит, нагрев может быть только непосредственный, получается, и выхлоп будет сильно радиоактивный. Следовательно, вероятность того, что никаких турбин и компрессоров в этом двигателе не будет, близка к единице. А прямоточный двигатель навязывает скорость полета в диапазоне 3−3,5 М. Примерно как у самого быстрого самолета SR-71A или крылатой ракеты «Буря». Но если «Буря» шла к цели на высоте 15−18 км и перед целью делала «горку» на 35 км, выполняя противозенитный маневр, то нынешняя ракета, видимо, также будет идти к цели на высоте около 20 км, чтобы не заразить радиацией собственную территорию (ведь даже после обмена ударами придется как-то восстанавливать обычную жизнь), но перед целью, вероятно, должна будет снизиться и прорывать ПВО на предельно малой высоте, огибая рельеф. Поскольку летчиков на ней не будет, это можно делать с ускорениями до 20 g или больше.
Резюме тут очень простое. Если эта ракета действительно существует и опубликованные о ней данные соответствуют действительности, то, несмотря на высшую степень секретности, мы можем о ней сказать довольно много:
- она точно использует твердотопливную разгонную ступень и запускает реактор на большой высоте и скорости;
- она точно применяет многие технологии, созданные для космических реакторов и ядерных ракетных двигателей, включая использование регулирующих органов, вынесенных за пределы активной зоны, бериллиевый отражатель, возможно, замедлитель из гидрида циркония, возможно, карбидное ядерное топливо, покрытое чем-то для защиты от окисления;
- ее маршевая ступень, скорее всего, использует прямоточный двигатель с непосредственным нагревом, что исключает ее применение кроме как в самом крайнем случае совместно с системой «Периметр» (так называлась советская система, которую американцы окрестили «Мертвой рукой»);
- скорость ее полета на большей части траектории должна быть около 3 М, а дальность — примерно два раза «вокруг шарика»;
- вряд ли их можно сделать достаточно много, чтобы заменить баллистические ракеты на обычном химическом топливе.
6-го августа 1945 первое ядерное оружие было использовано против японского города Хиросима. Три дня спустя город Нагасаки был подвергнут второму удару, и в настоящее время - последнему в истории человечества. Эти бомбежки попытались оправдать тем, что они прекратили войну с Японией и предотвратили дальнейшие потери миллионов жизней. В общей сложности, две бомбы убили приблизительно 240,000 человек и провозгласили начало новой, атомной эры. С 1945 года до краха Советского Союза в 1991, мир перенес холодную войну и постоянное ожидание возможного ядерного удара между Соединенными Штатами и Советским Союзом. В это время стороны построили тысячи единиц ядерного оружия, от маленьких бомб и крылатых ракет, к крупным межконтинентальным баллистическим боеголовкам (ICBM) и Морских баллистических ракет (SLBM). Великобритания, Франция и Китай добавили к этому запасу вооружения свои собственные ядерные арсеналы. Сегодня, страх перед ядерным уничтожением значительно меньше, чем в 1970-х, но несколько стран все еще обладают большим арсеналом этого разрушительного оружия.
Несмотря на соглашения, нацеленные на ограничение числа ракет, ядерные державы продолжают развивать и улучшать их запасы и способы доставки. Успехи в разработке систем противоракетной защиты заставил некоторые страны увеличивать развитие новых и более эффективных ракет. Появилась угроза новой гонки вооружений между мировыми супердержавами. Этот список содержит десять самых разрушительных ядерных ракетных систем, находящихся в настоящее время на обслуживании в мире. Точность, диапазон, число боеголовок, мощность боеголовки и подвижность - факторы, которые делают эти системы настолько разрушительными и опасными. Этот список представлен без определенного порядка, потому что эти ядерные ракеты не всегда разделяют ту же самую задачу или цель. Одна ракета может быть разработана, чтобы разрушить город, в то время как другой тип может быть разработан, чтобы разрушить вражеские ракетные бункеры. Кроме того, этот список не включает ракеты, в настоящее время испытываемые, или не официально развернутые. Таким образом, ракетные системы Agni-V в Индии и JL-2 в Китае, тестируемые шаг за шагом и готовые к эксплуатации в этом году, не включены. Иерихон III Израиля также не учтен, поскольку об этой ракете вообще мало что известно. Важно иметь в виду, читая этот список, что размер бомб Хиросимы и Нагасаки был эквивалентен 16 килотоннам (x1000) и 21 килотонне TNT соответственно.
M51, Франция
После Соединенных Штатов и России, Франция развертывает третий по величине ядерный арсенал в мире. В дополнение к ядерным бомбам и крылатым ракетам, Франция полагается на свои SLBM, как основное ядерное средство устрашения. Ракета M51 - самый современный компонент. Она поступила в эксплуатацию в 2010 и в настоящее время устанавливается на классе субмарин Triomphant. Ракета имеет диапазон приблизительно 10,000 км и способна к переносу 6 - 10 боеголовок на 100 кт. Круговое вероятное отклонение (CEP) ракеты отмечено между 150 и 200 метрами. Это значит, что у боеголовки есть 50%-я вероятность нанесения удара в пределах 150-200 метров от цели. M51 оснащена множеством систем, которые существенно усложняют попытки перехвата боеголовок.
DF-31/31A, Китай
Dong Feng 31 является дорожно-мобильной и бункерной межконтинентальной системой серии МБР, развернутой Китаем с 2006. Оригинальная модель этой ракеты несла большую боеголовку на 1 мегатонну и имела диапазон 8,000 км. Вероятное отклонение ракеты - 300 м. Улучшенный 31 А имеет три боеголовки на 150 кт и способен преодолеть расстояние в 11,000 км, с вероятным отклонением в 150 м. Дополнительный факт, что эти ракеты могут быть перемещены и запущены с мобильного ракето-носителя, что делает их еще более опасными.
Тополь-М, Россия
Известный как SS-27 по классификации НАТО, Тополь-М был введен в использование Россией в 1997 году. Межконтинентальная ракета базируется в бункерах, но несколько Тополей также мобильны. В настоящее время ракета вооружена единственной боеголовкой на 800 кт, но может быть оборудована максимум шестью боеголовками и ложными целями. С максимальной скоростью 7.3 км в секунду, относительно плоской траекторией полета и вероятным отклонением приблизительно в 200 м, Тополь-М - очень эффективная ядерная ракета, которую трудно остановить в полете. Трудность прослеживания мобильных единиц делает его более эффективной системой оружия, достойной этого списка.
РС-24 Ярс, Россия
Планы Администрации Буша развить сеть противоракетной обороны в Восточной Европе разозлили лидеров в Кремле. Несмотря на заявление, что экран для защиты от внешних ударных воздействий предназначается не против России, российские лидеры рассмотрели его, как угрозу собственной безопасности и решили разработать новую баллистическую ракету. Результатом было развитие РС-24 Ярс. Эта ракета тесно связана с Тополь-М, но доставляет четыре боеголовки на 150-300 килотонн и имеет отклонение в 50 м. Обладая многими особенностями Тополя, Ярс может также изменить направление в полете и несет ложные цели, что делает перехват системой противоракетной обороны чрезвычайно трудным.
LGM-30G Minuteman III, США
Это единственная наземная МБР, развернутая США. Впервые развернутый в 1970, LGM-30G Minuteman III должен был быть заменен на MX Peacekeeper. Та программа была отменена, и Пентагон вместо этого потратил $7 миллиардов на обновление и модернизацию существующих 450 Активных систем LGM-30G за прошлое десятилетие. Со скоростью почти 8 км/с и отклонением менее чем 200 м (точное число строго засекречено) старый Minuteman остается грозным ядерным оружием. Первоначально эта ракета доставляла три маленьких боеголовки. Сегодня же, используется единственная боеголовка в 300-475 кт.
РСМ 56 Булава, Россия
Морская баллистическая ракета РСМ 56 Булава находится на вооружении у России. С точки зрения морских ракет Советский Союз и Россия несколько отстали от Соединенных Штатов в эффективности работы и способностях. Чтобы исправить этот недочет, была создана Булава - более свежее дополнение к российскому подводному арсеналу. Ракета была разработана для новой субмарины Борей-класса. После многочисленных неудач во время фазы тестирования, Россия приняла ракету на службу в 2013. Булава в настоящее время оснащается шестью боеголовками на 150 кт, хотя в сообщениях говорится, что она может нести целых 10. Как и большинство современных баллистических ракет, РСМ 56 несет несколько ложных целей, чтобы повысить жизнеспособность перед лицом системы противоракетной обороны. Диапазон составляет приблизительно 8,000 км при полной загрузке, с примерной вероятности отклонения в 300-350 метров.
Р-29РМУ2 Лайнер, Россия
Новейшая разработка в российском вооружении, Лайнер был введен в эксплуатацию с 2014. Ракета - эффективно обновленная версия предыдущей российской БРПЛ (Синева Р-29РМУ2), разработанная, чтобы восполнить проблемы и некоторые недочеты Булавы. Лайнер имеет диапазон 11,000 км и может нести максимум двенадцать боеголовок по 100 кт каждая. Груз боеголовки может быть уменьшен и заменен ложными целями, чтобы улучшить жизнеспособность. Отклонение боеголовки держится в секрете, но, вероятно, схоже с 350 метрами Булавы.
UGM-133 Trident II, США
Текущая БРПЛ американских и британских подводных сил - Трайдент II. Ракета была введена в эксплуатацию с 1990 и была обновлена и модернизирована с тех пор. Полностью оборудованный, Трайдент может нести 14 боеголовок на борту. Позже это число уменьшили, и ракета в настоящее время доставляет 4-5 боеголовок на 475 кт. Максимальный диапазон зависит от груза боеголовок и варьируется между 7800 и 11,000 км. ВМС США потребовали вероятность отклонения не более 120 метров, чтобы ракета была принята на службу. Многочисленные отчеты и военные журналы часто заявляют, что на самом деле отклонение Трайдента превысило это требование на довольно значительный показатель.
DF-5/5A, Китай
По сравнению с другими ракетами в этом списке, китайский DF-5/5A можно считать серой рабочей лошадкой. Ракета не выделяется ни внешностью, ни сложностью, но при этом способна выполнить любую поставленную задачу. DF-5 поступила в эксплуатацию в 1981, как сообщение любым потенциальным врагам, что Китай не планирует превентивных ударов, но накажет любого, кто решится напасть на него. Эта МБР может нести огромную боеголовку на 5 мт и имеет диапазон более чем 12,000 км. У DF-5 отклонение приблизительно в 1 км, что означает, что у ракеты одна цель – уничтожать города. Размер боеголовки, отклонение и факт, что на её полную подготовку к запуску требуется всего час, все это означают, что DF-5 - карательное оружие, предназначенное для наказания любых потенциальных нападающих. Версия 5A имеет увеличенный диапазон, улучшение отклонения на 300 м и способность нести несколько боеголовок.
Р-36М2 «Воевода»
Р-36М2 «Воевода» - ракета, которую на Западе называют не иначе, как Сатана и на это есть весомые причины. Впервые развернутый в 1974, разработанный в Днепропетровске комплекс Р-36 прошел с тех пор много изменений, включая перенос боеголовки. Последняя модификация этой ракеты, Р-36M2 может нести десять боеголовок на 750 кт и имеет диапазон приблизительно 11,000 км. С максимальной скоростью почти 8 км/с и вероятным отклонением в 220 м, Сатана - оружие, которое вызвало большое беспокойство американских военных планировщиков. Беспокойства было бы гораздо больше, если бы советским планировщикам дали зеленый свет, чтобы развернуть одну версию этой ракеты, у которой должно было быть 38 боеголовок на 250 кт. Россия планирует снять с использования все эти ракеты к 2019.
В продолжение, посетите подборку самого мощного оружия в истории, где собраны не только ракеты.
