Кіріспе

Радиоизотоптық зымыран немесе радиоизотоптық жылулық зымыран – радиоактивті элементтердің ыдырауынан туындайтын жылуды жұмыс сұйықтығын қыздыру үшін пайдаланатын жылулық зымыран қозғалтқышының бір түрі, ол содан кейін итеру күшін жасау үшін зымыран сопласы арқылы шығарылады. Олар NERVA сияқты ядролық жылулық зымырандармен ұқсас, бірақ олар әлдеқайда қарапайым және көбінесе жылдам қозғалатын бөліктері жоқ. Радиоизотоптар радиоизотоптық электрлік зымыранда да қолданылуы мүмкін, онда ядролық ыдыраудан алынған энергия электр жетегін қамтамасыз ету үшін қолданылатын электр энергиясын өндіруге жұмсалады. Негізгі идея – бұрыннан бар радиоизотоптық термоэлектрлік генераторлар (RTG) жүйелерін жетілдіру, онда ядролық отынның ыдырауынан туындайтын жылу энергияны өндіру үшін пайдаланылады. Зымырандық қолданыста генератор алынып тасталады, ал жұмыс сұйықтығы тікелей итеру күшін жасау үшін қолданылады. Бұл жүйеде шамамен 1500-2000 °C температураға қол жеткізуге болады, бұл шамамен 700-800 секундтық (7-8 кН·с/кг) нақты импульсқа мүмкіндік береді, бұл LH2 LOX ғарыш кемесінің негізгі қозғалтқышы сияқты ең жақсы химиялық қозғалтқыштардан екі есеге жуық. Дегенмен, мұндай жүйелердің өндіретін қуаты көбінесе өте төмен болады. Ядролық жылулық зымыранның толыққанды "белсенді" реакторлық жүйесінен бір гигаватттан астам қуат өндіруді күтуге болады, ал радиоизотоптық генератор шамамен 5 кВт қуат береді. Бұл дизайн өте тиімді болғанымен, шамамен 1.3-1.5 Н итеру күшін ғана өндіре алады, сондықтан олар тек итеру құрылдары ретінде ғана пайдалы. Орташа ұзақтықтағы миссиялар үшін қуатты арттыру мақсатында, қозғалтқыштар әдетте жартылай өмір сүру ұзақтығы қысқа отынды, мысалы, полоний-210 пайдаланады, ал әдеттегі RTG ұзақ жартылай өмір сүру ұзақтығы бар отынды, мысалы, плутоний-238 пайдаланады, бұл ұзақ мерзімде тұрақты қуатты өндіруге мүмкіндік береді. Радиоизотоптарды зымырандарда қолданудың тағы бір кемшілігі – жұмыс қуатын өзгерте алмайтындығы. Радиоизотоп тұрақты түрде жылуды өндіреді, оны отынды қыздырмаған кезде қауіпсіз түрде тарату қажет. Ал реакторларды қалауынша тоқтатуға немесе өшіруге болады.

Технологияны дамыту

TRW 1961-1965 жылдар аралығында "Пудль" деп аталатын жақсы дамыған бағдарламаны жүргізді, ал қазіргі күні бұл жүйелер көбінесе "Пудль" итергіштері деп танылады. Атау Project Rover жобасы аясында дамытылған үлкен жүйелерге сілтеме жасады, ол NERVA-ға әкелді. 1965 жылдың сәуірінде олар сынақ қозғалтқышын шамамен 1500 °C температурада 65 сағат бойы сынап көрді, нәтижесінде 650-ден 700 секундқа дейін (6,5 - 7 кНс/кг) нақты импульсқа қол жеткізді.

Фотондар қысымы

Тіпті түтінсіз де, жылу көзі шығаратын энергияның фотондарының қысымы өте шамалы болса да, итергіш күш тудырады. Фотондар қысымының нәтижесінде ғарыш кемесінің итергіш күшін көрсететін танымал мысал – «Пионер» аномалиясы, онда борттағы радиоизотоп көзінен шыққан фотондар «Пионер» ғарыш кемесінің өте кішкентай, бірақ өлшенетін үдеуін қамтамасыз етті. Ұқсас құбылыс «New Horizons» ғарыш кемесінде де болды; RTG-ден шыққан фотондар (термиялық инфрақызыл сәуле) ғарыш кемесінің антеннасынан шағылысып, ғарыш кемесінің бағытын сәл өзгертетін өте аз итергіш күшті тудырды.