Allerede i de tidlige stadier af udviklingen af raket- og rumindustrien dukkede de første forslag til brug af forskellige atomteknologier op. Forskellige teknologier og enheder blev foreslået og udarbejdet, men kun nogle af dem nåede den faktiske drift. I fremtiden forventes introduktion af fundamentalt nye løsninger.
Den første i rummet
I 1954 blev den første radioisotop termoelektriske generator (RTG eller RTG) oprettet i USA. Hovedelementet i en RTG er en radioaktiv isotop, der forfalder naturligt med frigivelse af termisk energi. Ved hjælp af et termoelement omdannes termisk energi til elektrisk energi, som leveres til forbrugerne.
Den største fordel ved RTG er muligheden for langsigtet drift med stabile egenskaber og uden vedligeholdelse. Levetiden bestemmes af halveringstiden for den valgte isotop. På samme tid er en sådan generator kendetegnet ved lav effektivitet og udgangseffekt og har også brug for biologisk beskyttelse og passende sikkerhedsforanstaltninger. Imidlertid har RTG'er fundet anvendelse på en række områder med særlige krav.
I 1961 blev der i USA oprettet en RTG af SNAP 3B-typen med 96 g plutonium-238 i en kapsel. I samme år gik Transit 4A -satellitten, der var udstyret med en sådan generator, i kredsløb. Det blev det første rumfartøj i Jordens kredsløb, der brugte nuklear fissionsenergi. I 1965 lancerede Sovjetunionen Kosmos-84-satellitten, dens første Orion-1 RTG-enhed ved hjælp af polonium-210.
Efterfølgende brugte de to supermagter aktivt RTG'er til at skabe rumteknologi til forskellige formål. For eksempel har et antal Mars -rovere i de seneste årtier været drevet af forfald af radioaktive elementer. Tilsvarende leveres strømforsyningen til missioner, der bevæger sig væk fra solen.
I mere end et halvt århundrede har RTG'er bevist deres evner på en række områder, inkl. i rumindustrien, selvom de forblev et specialiseret værktøj til specifikke opgaver. I en sådan rolle bidrager radioisotopgeneratorer imidlertid til udviklingen af industrien, forskning osv.
Nuclear raket
Kort efter starten af rumprogrammer begyndte de førende lande at udarbejde spørgsmålet om at oprette en atom -raketmotor. Forskellige arkitekturer er blevet foreslået med forskellige driftsprincipper og forskellige fordele. For eksempel blev der i det amerikanske projekt Orion foreslået et rumfartøj, der bruger en chokbølge af lavkraftige atomsprænghoveder til at accelerere. Desuden blev der udarbejdet designs med et mere velkendt udseende.
I halvtredserne og tresserne udviklede NASA og beslægtede organisationer NERVA -motoren (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Dens hovedkomponent var en atomcykelreaktor med åben cyklus. Arbejdsvæsken i form af flydende brint skulle opvarmes fra reaktoren og skubbes ud gennem dysen, hvilket skabte tryk. En atommotor af denne art var bedre i konstruktionsevne end traditionelle kemiske brændstofsystemer, selvom den var mere farlig i drift.
NERVA -projektet blev testet af forskellige komponenter og hele samlingen. Under testene blev motoren tændt 28 gange og arbejdet i næsten 2 timer. Egenskaberne blev bekræftet; der var ingen væsentlige problemer. Projektet fik imidlertid ikke videreudvikling. I begyndelsen af tresserne og halvfjerdserne blev det amerikanske rumprogram alvorligt indskrænket, og NERVA -motoren blev opgivet.
I samme periode blev der udført lignende arbejde i Sovjetunionen. Et lovende projekt foreslog brug af en motor med en reaktor, der opvarmer arbejdsvæsken i form af flydende brint. I begyndelsen af tresserne blev der oprettet en reaktor til en sådan motor, og senere begyndte arbejdet med resten af enhederne. I lang tid fortsatte testning og udvikling af forskellige enheder.
I halvfjerdserne bestod den færdige RD-0410-motor en række affyringsprøver og bekræftede hovedkarakteristika. Projektet modtog imidlertid ikke yderligere udvikling på grund af den høje kompleksitet og risici. Den indenlandske raket- og rumindustri fortsatte med at bruge "kemiske" motorer.
Rumfartøjer
I løbet af yderligere forsknings- og designarbejde i USA og i vores land kom de til den konklusion, at det er uhensigtsmæssigt at bruge motorer af typen NERVA eller RD-0410. I 2003 begyndte NASA at teste en grundlæggende ny arkitektur for et rumskib med et atomkraftværk. Projektet fik navnet Prometheus.
Det nye koncept foreslog konstruktion af et rumfartøj med en fuldgyldig reaktor om bord, der leverede elektricitet samt en ion-jetmotor. Et sådant apparat kan finde anvendelse i langdistanceforskningsmissioner. Udviklingen af "Prometheus" viste sig imidlertid at være uoverkommelig dyr, og resultaterne forventedes først i en fjern fremtid. I 2005 blev projektet lukket på grund af manglende udsigt.
I 2009 begyndte udviklingen af et lignende produkt i Rusland. "Transport- og kraftmodulet" (TEM) eller "rumfartøjer" skal modtage et atomkraftværk i en megawatt-klasse kombineret med en ID-500-ionmotor. Rumfartøjet foreslås samlet i jordens bane og bruges til transport af forskellige belastninger, acceleration af andre rumfartøjer osv.
TEM -projektet er yderst komplekst, hvilket påvirker dets omkostninger og timing. Derudover var der talrige organisatoriske problemer. Ikke desto mindre blev i midten af tiendedele individuelle komponenter i TEM taget ud til test. Arbejdet fortsætter og kan i fremtiden føre til fremkomsten af en rigtig "rumfartøjer". Konstruktionen af et sådant apparat er planlagt til anden halvdel af tyverne; idriftsættelse - i 2030
I mangel af alvorlige vanskeligheder og rettidig opfyldelse af alle planer kan TEM blive verdens første produkt i sin klasse, der tages i brug. Samtidig er der en vis tidsmargin, samtidig med at muligheden for konkurrenters rettidige optræden udelukkes.
Perspektiver og begrænsninger
Atomteknologier er af stor interesse for raket- og rumindustrien. Først og fremmest kan kraftværker i forskellige klasser være nyttige. RTG'er har allerede fundet anvendelse og er fast forankret på nogle områder. Fuldværdige atomreaktorer bruges endnu ikke på grund af deres store dimensioner og masse, men der er allerede en udvikling på skibe med sådant udstyr.
I flere årtier har de førende rum- og atomkræfter udarbejdet og testet i praksis en række originale ideer, bestemt deres levedygtighed og fundet de vigtigste anvendelsesområder. Sådanne processer fortsætter den dag i dag og vil sandsynligvis snart give nye resultater af praktisk art.
Det skal bemærkes, at atomteknologier ikke er blevet udbredt i rumsektoren, og denne situation vil sandsynligvis ikke ændre sig. På samme tid viser de sig at være nyttige og lovende på bestemte områder og projekter. Og det er i disse nicher, at det tilgængelige potentiale allerede realiseres.
