بالفعل في المراحل الأولى من تطوير صناعة الصواريخ والفضاء ، ظهرت المقترحات الأولى لاستخدام التقنيات النووية المختلفة. تم اقتراح وعمل تقنيات ووحدات مختلفة ، لكن بعضها فقط وصل إلى التشغيل الفعلي. في المستقبل ، من المتوقع إدخال حلول جديدة بشكل أساسي.
الأول في الفضاء
في عام 1954 ، تم إنشاء أول مولد كهربائي حراري للنظائر المشعة (RTG أو RTG) في الولايات المتحدة الأمريكية. العنصر الرئيسي في RTG هو نظير مشع يتحلل بشكل طبيعي مع إطلاق الطاقة الحرارية. بمساعدة عنصر حراري ، يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية يتم توفيرها للمستهلكين.
الميزة الرئيسية لمجموعة RTG هي إمكانية التشغيل على المدى الطويل بخصائص ثابتة وبدون صيانة. يتم تحديد العمر الافتراضي من خلال عمر النصف للنظير المختار. في الوقت نفسه ، يتميز هذا المولد بكفاءة منخفضة وطاقة خرج ، ويحتاج أيضًا إلى حماية بيولوجية وتدابير أمان مناسبة. ومع ذلك ، فقد وجدت RTGs تطبيقًا في عدد من المجالات ذات المتطلبات الخاصة.
في عام 1961 في الولايات المتحدة ، تم إنشاء RTG من نوع SNAP 3B مع 96 جم من البلوتونيوم 238 في كبسولة. في نفس العام ، دخل القمر الصناعي Transit 4A المجهز بمولد كهذا إلى المدار. أصبحت أول مركبة فضائية في مدار الأرض تستخدم طاقة الانشطار النووي. في عام 1965 ، أطلق الاتحاد السوفياتي القمر الصناعي Kosmos-84 ، وهو أول جهاز من نوع Orion-1 RTG يستخدم البولونيوم 210.
في وقت لاحق ، استخدمت القوتان العظميان بنشاط RTGs لإنشاء تكنولوجيا الفضاء لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، تم تشغيل عدد من مركبات المريخ الجوالة في العقود الأخيرة من خلال اضمحلال العناصر المشعة. وبالمثل ، يتم توفير مصدر الطاقة للبعثات التي تبتعد عن الشمس.
لأكثر من نصف قرن ، أثبتت مجموعات RTG قدراتها في عدد من المجالات ، بما في ذلك. في صناعة الفضاء ، على الرغم من أنها ظلت أداة متخصصة لمهام محددة. ومع ذلك ، في مثل هذا الدور ، تساهم مولدات النظائر المشعة في تطوير الصناعة والبحث وما إلى ذلك.
صاروخ نووي
بعد وقت قصير من بدء برامج الفضاء ، بدأت الدول الرائدة في حل مسألة إنشاء محرك صاروخي نووي. تم اقتراح بنى مختلفة بمبادئ تشغيل مختلفة وفوائد مختلفة. على سبيل المثال ، في المشروع الأمريكي Orion ، تم اقتراح مركبة فضائية تستخدم موجة صدمة من الرؤوس الحربية النووية منخفضة الطاقة للتسريع. أيضًا ، تم وضع تصميمات ذات مظهر مألوف أكثر.
في الخمسينيات والستينيات ، طورت وكالة ناسا والمنظمات ذات الصلة محرك نيرفا (المحرك النووي لتطبيقات المركبات الصاروخية). كان مكونه الرئيسي عبارة عن مفاعل نووي مفتوح الدورة. يجب تسخين مائع العمل على شكل هيدروجين سائل من المفاعل وإخراجه من خلال الفوهة ، مما يؤدي إلى تكوين قوة دفع. كان محركًا نوويًا من هذا النوع متفوقًا في أداء التصميم على أنظمة الوقود الكيميائية التقليدية ، على الرغم من أنه كان أكثر خطورة في التشغيل.
تم إخضاع مشروع NERVA لاختبار المكونات المختلفة والتجميع بالكامل. خلال الاختبارات تم تشغيل المحرك 28 مرة وعمل لمدة ساعتين تقريبا وتم التأكد من الخصائص. لم تكن هناك قضايا مهمة. ومع ذلك ، لم يتلق المشروع مزيدًا من التطوير. في مطلع الستينيات والسبعينيات ، تم تقليص برنامج الفضاء الأمريكي بشكل خطير ، وتم التخلي عن محرك نيرفا.
في نفس الفترة ، تم تنفيذ عمل مماثل في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. اقترح مشروع واعد استخدام محرك بمفاعل يقوم بتسخين سائل العمل في شكل هيدروجين سائل. في أوائل الستينيات ، تم إنشاء مفاعل لمثل هذا المحرك ، وبعد ذلك بدأ العمل في باقي الوحدات. لفترة طويلة ، استمر اختبار الأجهزة المختلفة وتطويرها.
في السبعينيات ، اجتاز محرك RD-0410 النهائي سلسلة من اختبارات إطلاق النار وأكد الخصائص الرئيسية. ومع ذلك ، لم يتلق المشروع مزيدًا من التطوير بسبب التعقيد والمخاطر العالية. استمرت صناعة الصواريخ والفضاء المحلية في استخدام المحركات "الكيميائية".
القاطرات الفضائية
في سياق مزيد من أعمال البحث والتصميم في الولايات المتحدة وفي بلدنا ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أنه من غير المناسب استخدام محركات من نوع NERVA أو RD-0410. في عام 2003 ، بدأت وكالة ناسا في اختبار بنية جديدة بشكل أساسي لمركبة فضائية بمحطة طاقة نووية. تم تسمية المشروع بروميثيوس.
اقترح المفهوم الجديد بناء مركبة فضائية بمفاعل كامل على متنها ، مما يوفر الكهرباء ، بالإضافة إلى محرك نفاث أيوني. يمكن لمثل هذا الجهاز أن يجد تطبيقًا في مهمات البحث لمسافات طويلة. ومع ذلك ، فقد ثبت أن تطوير "بروميثيوس" باهظ التكلفة ، ولم تكن النتائج متوقعة إلا في المستقبل البعيد. في عام 2005 ، تم إغلاق المشروع بسبب قلة الآفاق.
في عام 2009 ، بدأ تطوير منتج مماثل في روسيا. ستحصل "وحدة النقل والطاقة" (TEM) أو "قاطرة الفضاء" على محطة طاقة نووية من فئة ميغاوات مقترنة بمحرك أيوني ID-500. يُقترح تجميع المركبة الفضائية في مدار حول الأرض واستخدامها لنقل الأحمال المختلفة ، وتسريع المركبات الفضائية الأخرى ، وما إلى ذلك.
مشروع TEM معقد للغاية ، مما يؤثر على تكلفته وتوقيته. بالإضافة إلى ذلك ، كان هناك العديد من المشاكل التنظيمية. ومع ذلك ، بحلول منتصف الأعشار ، تم إخراج المكونات الفردية من TEM للاختبار. يستمر العمل وقد يؤدي في المستقبل إلى ظهور "قاطرة فضائية" حقيقية. تم التخطيط لبناء مثل هذا الجهاز في النصف الثاني من العشرينات ؛ التكليف - في عام 2030
في ظل عدم وجود صعوبات خطيرة وتنفيذ جميع الخطط في الوقت المناسب ، يمكن أن يصبح TEM أول منتج في العالم من فئته يتم تقديمه للخدمة. في الوقت نفسه ، هناك هامش معين من الوقت ، مع استبعاد إمكانية ظهور المنافسين في الوقت المناسب.
وجهات النظر والقيود
تحظى التقنيات النووية بأهمية كبيرة في صناعة الصواريخ والفضاء. بادئ ذي بدء ، يمكن أن تكون محطات الطاقة من فئات مختلفة مفيدة. لقد وجدت بالفعل RTGs التطبيق وهي راسخة بقوة في بعض المجالات. لم يتم استخدام المفاعلات النووية الكاملة بعد بسبب أبعادها الكبيرة وكتلتها ، ولكن هناك بالفعل تطورات على السفن التي تحتوي على مثل هذه المعدات.
على مدى عدة عقود ، عملت القوى الفضائية والنووية الرائدة على وضع واختبار عدد من الأفكار الأصلية في الممارسة العملية ، وحددت قابليتها للبقاء ووجدت المجالات الرئيسية للتطبيق. تستمر هذه العمليات حتى يومنا هذا ، وربما ستعطي قريبًا نتائج جديدة ذات طبيعة عملية.
وتجدر الإشارة إلى أن التقنيات النووية لم تنتشر على نطاق واسع في قطاع الفضاء ، ومن غير المرجح أن يتغير هذا الوضع. في الوقت نفسه ، تبين أنها مفيدة وواعدة في مجالات ومشاريع معينة. وفي هذه المنافذ يتم بالفعل تحقيق الإمكانات المتاحة.
