Дизайн ядерной энергодвигательной установки для межпланетных перелётов
В новостях часто встречается следующая схема ядерного электроракетного буксира.
Скорее всего, рисунок, как пишут, в воображении художника, с физикой и реальностью имеет мало общего.
К числу основных элементов космических ядерных энергоустановок относится защита от излучений ядерного реактора. Как, надеюсь, большинству известно при распаде ядра урана образуется 2–3 нейтрона. Для дальнейшей реакции нужен только один, поэтому 1–2 нейтрона свободно улетают в космос. Плюс прочие излучения. Окружающему космосу всё равно, а полезной нагрузке совсем нет, особенно если это люди. Отсюда первое требование: защита нужна в основном для полезной нагрузки.
Также известно, что вывод любой массы на околоземную орбиту очень дорогое удовольствие. Килограмм там дороже килограмма золота тут. Лучший материал для защиты от излучения — свинец — совсем не лёгкий. Требование второе: компоновка защиты должна обеспечить минимум её массы.
Исходя из наших требований, оптимальная масса и степень защиты будет у усеченного конуса.
Масса защиты зависит от объёма, где: толщина прямо зависит от расстояния до полезной нагрузки, форма от углового размера.
Вывод первый: нет никакого смысла в компоновке двигателей на крестообразном основании. Более логично разметить их на круге.
Желательно максимально удалить полезную нагрузку, но мало получить электричество, нужно его передать на двигатели. Часто упоминается мегаватт. Для примера возьмём бытовую электросеть. Для передачи примерно 5 кВт используется медный провод сечением 2.5 мм2. Соответственно для мегаватта нужно в 200 раз больше — 500 мм2. При длине в 20 метров весить такой проводок будет почти 100 кг, а надо их два. Плюс прочие сложности вроде раздвижения конструкции после вывода в космос. Сразу добавлю, что для уменьшения тока можно было бы повысить напряжение, но пропорционально увеличится масса изоляции.
Вывод второй: нет никакой необходимости размещать двигатели в торце планетолёта.
А вот и оптимальная схема всей системы.
