Дмитрий Селин – Лунный рубеж (страница 8)

· Масса системы форсажа (бак, катализатор, арматура): 700 кг.

· Масса перекиси водорода (HO): 1 300 кг.

· Масса аммиака: 8 000 кг.

Режимы работы:

Частично ядерный форсажный режим (старт с НОО):

Топливо: HO + часть аммиака (для дожигания водорода).

Удельный импульс: 330 с.

Прирост скорости deltaVфорсаж=3300ln(1800020000)347 м/с.

Сброс системы форсажа после манёвра.

Ядерный режим (перелёт к Луне):

Топливо: Аммиак (разложенный на N + 3H).

Удельный импульс: 650 с.

Прирост скорости deltaVяд=6370ln(1000018000)63700.5883745 м/с

Суммарная характеристическая скорость deltaVобщ=347+37454092 м/с.

Достаточно для миссии с запасом на коррекции орбиты.

Схема работы буксира

Этап 1: Старт с НОО Земли

1. Запуск форсажной камеры.

2. Разложение HO на катализаторе:

3. 2H2O22H2O+O2.

4. Подача аммиака в камеру, дожигание водорода с кислородом.

5. Сброс системы форсажа (бак+каталиатор) после набора скорости.

Этап 2: Перелёт к Луне

1. Работа ядерного двигателя на смеси N + H.

2. Торможение у Луны с использованием ЯРД.

3. Возможна дозаправка аммиаком на орбите Луны для других миссий

Сравнение с альтернативами

Параметр - Чисто ядерный буксир - Гибридный буксир

Стартовая масса - 20 000 кг - 20 000 кг

Полезная нагрузка - 2 000 кг - 2 000 кг

deltaV - ~4500 м/с - ~4092 м/с

Надёжность старта - Средняя - Высокая

Сложность - Низкая - Средняя

Гибридная схема жертвует 10% deltaV ради повышения надёжности стартового манёвра.

Проект обеспечивает:

1. Гарантированную доставку 2 тонн груза на орбиту Луны.

2. Упрощённый старт за счёт форсажной камеры.

3. Многоразовость после дозаправки аммиаком.

Второй этап – высокотемпературный ЯРД

Сводные параметры буксира

В таблице представлены расчётные характеристики чисто ядерного буксира с нагревом азотно-водородной смеси до 2200 °C для миссии «НОО Земли НОО Луны» с полезной нагрузкой 2 тонны.

Параметр - Значение - Комментарий

Общая стартовая масса - 20 000 кг - Исходное условие

Полезная нагрузка (ПН) - 2 000 кг - Целевой параметр

Сухая масса ЯРД - 8 000 кг - Масса двигательной установки с защитой

Масса аммиака (NH) - 10 000 кг - (20 000 - 8 000 - 2 000)

Масса рабочей смеси (H+N) - ~8 800 кг - После каталитического разложения 10 т аммиака

Удельный импульс (Isp) - ~850 с - Оценка для смеси H/N при ~2200°C

Скорость истечения (v) - ~8 330 м/с - v = Isp * g

Характеристическая скорость (deltaV) - ~5 800 м/с - Расчёт по формуле Циолковского

Принцип работы установки: Аммиак предварительно разлагается в каталитическом реакторе на смесь азота и водорода в соотношении 1:3. Эта газовая смесь затем нагревается в высокотемпературном ядерном реакторе до 2200 °C и истекает через сопло, создавая тягу.

Расчёт deltaV по формуле Циолковского:

Начальная масса (m0) = 20 000 кг

Конечная масса (m1) = Сухая масса + ПН = 8 000 кг + 2 000 кг = 10 000 кг

deltaV = v * ln (m0 / m1) 8330 * ln(2) 8330 * 0.693 5770 м/с

Полученная характеристическая скорость 5800 м/с с большим запасом перекрывает требуемые для миссии ~4100 м/с и позволяет компенсировать гравитационные потери, обеспечивая высокую надежность.

Глава 7 Импульсные ядерные двигатели

Стоит поговорить о доступных на сегодняшний день технологиях полёта в дальний космос. Дальний космос в контексте обсуждения - за пределами Главного пояса астероидов Солнечной системы, расположенной между орбитами Марса и Юпитера.

В первую очередь следует заметить, что человеческая цивилизация лучше всего умеет управляться с огнём. Уж что-то, а тепло во всех видах создавать мы научились отлично и если приложить человеческое умение управлять огнём к технологии космических полётов, то огонь и тепло должны непосредственно конвертироваться в механическое движение. Для упрощения конструктива и повышения надёжности, что для космоса гораздо важнее многих других показателей, особенно в перспективе длительных сроков полёта до намеченной цели.

Замечу, что именно конструктивная сложность во многом похоронила российский проект "Зевс" в его известном широкой публике виде.

Самым эффективным способом перевода огня в движение является взрыв. Именно на этом простом рассуждения был основан проект Николая Кибальчича, одного из бомбистов-народовольцев, убивших в 1881 году императора Александра Второго. Ракета Кибальчича должна была лететь за счёт взрывов пороховых шашек, последовательно сбрасываемых ниже плиты-отражателя, воспринимающей импульс энергии взрыва.

Практически такой же проект был предложен в 1946 Станиславом Уламом, одним из разработчиков американской термоядерной бомбы. Он предложил поставить на ракету обойму маленьких атомных бомбочек, которые должны были по очереди вбрасываться в фокус зеркала-отражателя и там взрываться. Продукты ядерного взрыва отражались от зеркала и толкали космический корабль к цели.

Впоследствии идея Улама получила развитие в проекте ядерно-импульсного космического корабля «Орион», где разработчиками были американец Тед Тейлор и англичанин Фримен Дайсон.

Для выхода на орбиту Земли и полетов к Луне и Марсу был спроектирован космолёт на атомных бомбах мощностью сто тонн тротилового эквивалента. "Орион"- планетолёт мог нести восемь космонавтов и 100 тонн груза.

"Орион" в межзвёздной конфигурации разгонялся взрывами водородных бомб мощностью в 1 мегатонну тротилового эквивалента. В теории ядерная импульсная ракета с непрерывным ускорением 1G (9,8 м/с*с) может достичь 80% скорости света. В 1959 сделали модель-демонстратор весом 130 кг, вместо атомных бомб использовался тротил. На испытаниях аппарат поднялся на 100 метров и успешно приземлился на парашюте.