Кіріспе
Ғарыш кемелерін қозғалту жүйесінің түрі
Ядролық электрлі ракета (дәлірек айтқанда, ядролық электрлі қозғалтқыш) – ғарыш кемелерін қозғалту жүйесінің бір түрі, онда ядролық реактордан алынған жылу энергиясы электр энергиясына айналдырылып, иондық қозғалтқышты немесе басқа электрлік ғарыш кемелерін қозғалту технологиясын жұмыс іске қосу үшін пайдаланылады. Ядролық электрлі ракета терминологиясы толыққанды дұрыс емес, себебі қозғалту жүйесінің "ракета" бөлігі ядролық емес және күн панельдерінің көмегімен де жұмыс істей алады. Бұл ядролық термиялық ракетадан өзгеше, ол реактордың жылуын тікелей жұмыс сұйықтығына энергия беру үшін қолданады, ал содан кейін ол ракета сопласынан шығарылады.
A nuclear electric rocket (more properly nuclear electric propulsion) is a type of spacecraft propulsion system where thermal energy from a nuclear reactor is converted to electrical energy, which is used to drive an ion thruster or other electrical spacecraft propulsion technology. The nuclear electric rocket terminology is slightly inconsistent, as technically the "rocket" part of the propulsion system is non nuclear and could also be driven by solar panels. This is in contrast with a nuclear thermal rocket, which directly uses reactor heat to add energy to a working fluid, which is then expelled out of a rocket nozzle.
Америка Құрама Штаттары
1963 жылы Майрон Левойдың мақаласында гибридтік ядролық электр қозғалтқышының дизайны ұсынылды, ол миссияның жоғары итерме талап ететін кезеңдерінде ядролық жылу қозғалтқышы ретінде ашық цикл режимінде, ал қалған миссия кезеңдерінде төмен итермелі, бірақ жоғары тиімділікке ие ядролық электр қозғалтқышы ретінде жабық цикл режимінде жұмыс істей алатын еді. Бұл қозғалтқыш дизайнының қолданылуы Марсқа адамдарды тасымалдайтын жылдам, қайтымды сапарға арналған. 2001 жылы қауіпсіз және қолжетімді бөліну қозғалтқышы әзірлену үстінде болды, сынақтан өткен 30 кВт ядролық жылу көзі электр қуатын өндіру үшін Брейтон циклы газ турбиналарымен жабдықталған 400 кВт жылу реакторын жасауға бағытталған. Қалдық жылуды тарату үшін аз салмақты жылу құбырлары технологиясын пайдалану жоспарланған. Қауіпсіздік берік конструкция арқылы қамтамасыз ету көзделген. "Прометей" жобасы – 2000 жылдардың басында НАСА жүргізген ядролық электрлік ғарыш кемелері туралы зерттеу. "Килоэнергия" – НАСА-ның реакторларды дамыту бағдарламасының ең соңғы жобасы, бірақ ол тек жер бетінде пайдалануға арналған.
Газ турбинасымен біріктірілген тас төсегі реакторы
Жоғары массалық ағынды газды азот салқындатқышын пайдаланатын тас төсегі реакторы ыстық көзі ретінде қолданылуы мүмкін. Электр энергиясын өндіруге жақсы дамыған газ турбинасы технологиясы қолданылуы мүмкін. Ядролық отын, диаметрі 5–10 см болатын, аз мөлшерде бор қосылған графит шарларына қапталған жоғары байытылған ураннан тұрады. Графит сондай-ақ ядролық реакцияның нейтрондарын баяулатады. Бұл типтегі реактор қауіпсіздік принципі бойынша жобалануы мүмкін. Қызған кезде графит кеңейіп, отынды бөліп, реактордың сындығын төмендетеді. Бұл қасиет турбинаны реттейтін бір ғана клапанмен басқаруды жеңілдетеді. Клапан жабық болғанда реактор қызады, бірақ қуаты азаяды. Клапан ашық болғанда реактор суынады, бірақ сындығы артып, қуаты көбейеді. Графит қаптамасы отынды ауыстыру және қалдықтарды басқаруды жеңілдетеді. Графит механикалық тұрғыдан берік және жоғары температураға төзімді. Бұл радиоактивті элементтердің, соның ішінде бөліну өнімдерінің жоспарланбаған шығарылу қаупін азайтады. Бұл типтегі реактор жоғары қысымды сақтауға арналған ауыр құймаларсыз жоғары қуат өндіретіндіктен, ғарыш кемелерін қуатпен қамтамасыз етуге өте қолайлы.
Электрмен қозғалатын жаңа тұжырымдамалар
Жоғары қуатты ядролық электр энергиясын өндіру жүйелерімен қолдану үшін, VASIMR, DS4G және импульстік индукциялық қозғалтқыш (PIT) сияқты әртүрлі электрлік қозғалтқыш технологиялары ұсынылған. PIT және VASIMR ұшу кезінде қуатты пайдалану, нақты импульс (тиімділікті өлшеу көрсеткіші, нақты импульс туралы қараңыз) және итермелеу арасындағы қатынасты өзгерту мүмкіндігімен ерекшеленеді. PIT-тің қосымша артықшылығы – оған дайындалған қуат қажеттілігінің болмауы.
Электр энергиясын өндіру
Жылудан электр энергиясын өндіруге қатысты бірнеше схемалар ұсынылған. Алдағы уақытта Ранкин циклы, Брейтон циклы және Стирлинг циклы генераторлары энергия жоғалтуларына себеп болатын аралық механикалық кезеңнен өтеді. Сонымен қатар, тағы да экзотикалық технологиялар ұсынылған: термоэлектрлік (оның ішінде графенге негізделген жылу энергиясын түрлендіру), пироэлектрлік, термофотоэлектрлік, термиондық және магнитогидродинамикалық типтегі термоэлектрлік материалдар.
Ғарыштағы ядролық энергияның басқа да тұжырымдамалары
Радиоизотоптық термоэлектр генераторлары, радиоизотоптық жылытқыш құрылғылары, радиоизотоптық пьезоэлектр генераторлары және радиоизотоптық ракета барлығы электр немесе тікелей итеру қуатының төмен деңгейі үшін стационарлы радиоактивті көзден (әдетте, Плутоний-238) шығатын жылуды пайдаланады. Басқа ұғымдарға ядролық термиялық ракета, бөліну фрагменттері ракетасы, ядролық импульстік қозғалтқыш, сондай-ақ ядролық синтез технологиясы жақын арада дамытылса, синтез ракетасын жасау мүмкіндігі де кіреді.