РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Существуют ли ракеты с ядерным двигателем: миф или реальность

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. «TechInsider» попытается ответить на некоторые из этих вопросов.

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Турбореактивный. Атомный
368 целей для ядерных зарядов, чтобы убить четверть населения Китая (источник: The New York Times)
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Турбореактивный. Атомный
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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Турбореактивный. Атомный
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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 стержни 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Турбореактивный. Атомный

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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 242 м – 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Турбореактивный. Атомный
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Турбореактивный. Атомный
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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Турбореактивный. Атомный

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.
Вячеслав Корниенко
Вячеслав Корниенко 27 Августа 2021, 10:27
ссср не помогли ни бомбы, ни ракеты, ни танки
nemoXX
nemoXX 08 Декабря 2021, 14:54
Остатку СССР тоже не помогут никакие ракеты и танки! Гнилую политику ракетами не защитить. Остаток "советских" в ожидании очередной "великой победы" просто об этом не догадывается. Но сюрприз для них - неизбежен.
Сергей Филиппов
Сергей Филиппов 03 Марта, 19:20
nemoXX
Остатку СССР тоже не помогут никакие ракеты и танки! Гнилую политику ракетами не защитить. Остаток "советских" в ожидании очередной "великой победы" просто об этом не догадывается. Но сюрприз для них - неизбежен.
"рыба гниет с головы" как случилось с СССР и её последним правителем Горбачевым,а когда голова что надо,то и страна преодолеет все препятствия...
Вячеслав Корниенко
Вячеслав Корниенко 27 Августа 2021, 10:25
ибанутый сайт
Вячеслав Корниенко
Вячеслав Корниенко 27 Августа 2021, 10:24
СССР не помогли ни ракеты, ни танки, ни бомбы сходите на экономическую ветку рос сайтов с коментариями - начитаетесь, может поймете )
Вячеслав Корниенко
Вячеслав Корниенко 27 Августа 2021, 10:22
не помогли СССР ни ракеты, ни бомбы, ни танки сходите на ветку любого сайта рф по теме экономики с доступом коментариев - ничитаетесь ))))
Вячеслав Корниенко
Вячеслав Корниенко 27 Августа 2021, 10:23
млять, что за глюк, я это не писАл
VLAD null
VLAD null 17 Мая 2021, 10:05
Сделали бы сначала крылатую ракету с импеллером на электродвигателе, с ядерной батареей. Это будет в 10 раз дешевле и быстрее, ТТХ будут лучше и даже скорость можно сделать 1000 км в час. А то замахнулись на самое сложное. Лет через 50 сделают может быть, поймут как сделать правильно. Хотя, ...... мозгожопость это тяжёлая и заразная болезнь.
Pciha Ivanova
Pciha Ivanova 16 Мая 2021, 09:23
Есть масса литературы на эту тему. Например, Демянко и др. "Ядерные ракетные двигатели". Автор бы почитал, и статьи его стали бы более содержательны!
Александр Барулин
Александр Барулин 20 Января 2021, 10:14
Мля, для кого писалась эта статья? Я кандидат технических наук едва дочитал её до конца. Терзало любопытство. Автор поумничал, поумничал и закончил резюме ни о чём! Замах был от плеча, но удар закончился легким хлопком по заднице! Жаль потраченных 10 минут.
macsimyu
macsimyu 04 Марта, 15:40
Ответ- в названии издания "ПОПУЛЯРНАЯ Механика". (я-историк, но был и 1 курс техвуза).
valerij zviozdkin
valerij zviozdkin 22 Февраля 2020, 22:55
luna vraschaetsia:)termojadernie dvigateli vozmozno budut toze.spasibo.
Николай Николаев
Николай Николаев 21 Февраля 2020, 02:29
Шауберг ещё 80 лет назад предлагал летающую ударную систему с вихревой знергоустановкой.
Алексей Ларионов
Алексей Ларионов 09 Ноября 2018, 13:19
Так как ядерная ракета это оружие судного дня, то и утилизация такая же как у её цели.
Иван Петров
Иван Петров 07 Августа 2018, 06:52
Если это "оружие возмездия", как  уже предположили здесь, то возврат не планируется вообще, в принципе.
Борис Митя
Борис Митя 05 Августа 2018, 12:07
А как быть с ядерной ракетой после израсходования гарантийного ресурса компоненовОбычные боеприпасы просто утилизируются но в данном случае ядерную ракету нужно спустить на землю ГДЕ И КАК!!! Вопрос просто оставлен без ответа .Повидимиму разработчик и заказчик попросту уходят от ответа - так как его не существуют Поэтому ядерная ракета это способ качать деньги из беджета и не более того  Но сам обзор о существующих технологих  интересен
Алексей Ларионов
Алексей Ларионов 09 Ноября 2018, 13:21
с тех пор реакторы сильно уменьшились, вас просто не оповестили :-)
Дмитрий Ивнов
Дмитрий Ивнов 04 Августа 2018, 03:39
Что за бред? Американцы в 60-х уже пытались создать КР с прямоточным ядерным двигателем, "Плутон", по-моему, этот проект назывался. Так они ее даже испытывать побоялись. Ракета получилась размером с ж/д вагон и с тех пор реакторы не сильно уменьшились. Зачем вообще огород городить в ядерными КР, если есть обычные МБР, дешевые, проверенные и не перехватываемые.
Иван Петров
Иван Петров 07 Августа 2018, 06:54
Все так и поняли, мог не представляться!  :-)))
Alex Fa
Alex Fa 23 Июля 2018, 12:26
Вот это аргументация!  Браво!
Aleksandr Sark
Aleksandr Sark 22 Июля 2018, 18:22
null
Іван Захарченко
Іван Захарченко 17 Февраля 2019, 19:08
є життя на марсі чи нема життя на марсі...   Ко времени применения такого оружия средства ПРО будут уже уничтожены, скорее всего... нам різниці вже не буде ніякої!
Иван Петров
Иван Петров 07 Августа 2018, 06:58
Это всё Ваши предположения, и совсем не факт, что они правильные...  Ко времени применения такого оружия средства ПРО будут уже уничтожены, скорее всего...
roman romanov
roman romanov 22 Июля 2018, 14:13
на  20 км такая ракета будет видна на радарах за сотню километров. снижаясь она будет быстро терять скорость , и когда скорость упадет ниже предела требуемого для работы прямоточного двигателя, то тот заглохнет - и приехали ) потом хоть заманеврируйся ) от средств ПРО это уже не спасет ) на кого расчитаны подобные статьи ??? на совсем даунов что ли ? ((
Иван Петров
Иван Петров 07 Августа 2018, 07:10
Ты, конечно, уверен что "острее" тупых чинуш! А то, что "внедряться" может всё без широкой огласки и рекламы - это не доходит.
Alex Fa
Alex Fa 23 Июля 2018, 12:28
Уверяю вас, чиновники ничего не проектируют и не внедряют--это слишком сложно. Тут надо думать. Номер патента скажите пожалуйста.
Иван Петров
Иван Петров 07 Августа 2018, 07:15
ДурДом решил, что знает ВСЁ об амерских атомных ракетах?
valerij zviozdkin
valerij zviozdkin 22 Февраля 2020, 23:18
2020 god tol'ko.daze samoletik sdelat' 1000 inzenerov,10000 rabochih,10-ki let.sizanutsia umom.
Павел Зинченко
Павел Зинченко 20 Июля 2018, 16:13
Всё класно , мужчины ... А вы никогда не думали , что нам не говорят всей истины ? ракеты на ядерном реакторе - да сейчас - легко ! только они реально "мёртвая рука" ответ пост апоккалипсиса , просто не лезте в дебри , возмите карандаш или "протез мозга " калькулятор и посчитайте ... выделяемую мощность , габариты ... ну и многие параметры ... Если Вы конечно можете это сделать , вот тогда рассуждайте . Я могу сказать только одно - не видел в реале , но технологии давно позволяют ! Так что , почему бы и нет ?  Скажем самолет на водороде - фантастика ? экологически чистый и энергетически вооруженный как терминатор , ан нет , на базе Туполева еще в 90х прошлого века он летал !!! только хранить водород в баках извините моветон ( не где в самолете пассажиров размещать)  так и тут , если возможно но значит реально ! лишь бы технологии позволяли и материалы !
Андрей Андреев
Андрей Андреев 20 Июля 2018, 09:45
Сгорая в эпицентре ядерного взрыва кубики на животе создадут причудливый узор.
Александр Пономарев
Александр Пономарев 20 Июля 2018, 03:52
Я вот думаю, какая связь между твоим животом и ядерной ракетой?
Загрузка статьи...