Фантастика часто дарит идеи науке. Но не всегда. Бывает, приходится изобрести нечто, чего фантасты представить не смогли. Ибо у них не хватило воображения. Именно такой случай наблюдался в прошлом году, когда на авиасалоне МАКС-2019 был представлен макет мегаваттной ядерной энергетической установки, предназначенной для использования в космосе.
…Казалось бы, причём здесь фантастика? О ядерном орбитальном буксире написано много. И само название не романтическое. И идея бродит по умам не меньше сорока лет. И это, пока — макет. Выведение ядерного корабля на орбиту ожидается лишь через 10-15 лет. Но это будет сделано, просто в силу того, что спрос рождает предложение. Применение ядерной двигательной установки означает выход космонавтики на принципиально новый уровень возможностей. Причём, это будет сделано в России. Потому что, больше негде. Другие претенденты отсутствуют.
Однако, для понимания, почему других бегунов не видно, а до финиша ещё не близко, вполне достаточно описания «капельного холодильника», о создании которого недавно отчитались российские учёные.
Холодильник, казалось бы… Даже не сортир. Известно, что с комическими сортирами наши уважаемые партнёры испытывают неотвязные затруднения ещё со времён «шаттлов». Но суть в том, что при электрической мощности 1 Мегаватт, реактор проектируемого корабля будет иметь тепловую мощность 3.4 Мегаватта. Для примера, советский комический реактор «Топаз-1» при тепловой мощности 150 кВт, имел электрическую мощность всего 6.6 кВт (КПД 4.4%) и при этом остальные 143 кВт нагревали аппараты «Космос-1818» и «Космос-1867» до температуры 600 градусов. Ведь, в космической пустоте избыточное тепло может отводиться только излучением. Таким образом, проблема сброса мегаваттных потоков тепла являлась основным и принципиальным препятствием на пути использования мощных ядерных установок на орбите. Решение прочих проблем, пусть и многочисленных, не требовало разработки принципиально новых, революционных технологий.
Высокий, сравнимый с таковым у стационарных энергетических установок, КПД нового космического реактора обеспечивается огромным — до 1600 градусов — разогревом активной зоны. Охлаждающий стержни теплоноситель, состоящий из смеси кремнийоганических соединений и жидкого натрия, отдаёт часть тепла второму контуру, к которому подключена газотурбинная установка. Но только часть. Почти 70% энергии необходимо как-то превратить в излучение.
Традиционно такие задачи решаются на космических станциях с помощью состоящих из трубок, по которым перетекает жидкость, радиаторов. Например, нагреваемая солнцем сторона станции «Мир» охлаждается водой, которая перекачивается на затенённую сторону и там остывает. Но такая система годится для сброса незначительных объёмов тепла. Применительно к мегаваттным масштабам радиатор превращается в систему огромных плоскостей, вес и габариты которых выходят далеко пределы разумного и приемлемого, — корабль будет состоять из них по преимуществу. Кроме того, пронизанные системой трубок радиаторы чрезвычайно уязвимы для микрометеоритов, редкостью в околоземном пространстве не являющихся.
Инновационная «капельная» система охлаждения радиаторов в обычном понимании не предусматривает. Теплоноситель выстреливается из выступающих в поперечном направлении балок («капельных генераторов») и летит в форме капель вдоль оси корабля, активно сбрасывая тепло в пустоту. Ведь, его температура около 1300 градусов, а микроскопические капли имеют максимальную излучающую поверхность. Затем, теплоноситель улавливается другими поперечными балками — «гидросборниками капельного потока», — чтобы снова вернуться в первый контур охлаждения. Причём, система уловителей ещё и подвижна, так как капельные потоки могут отклоняться в случае манёвров корабля.
Капельная система охлаждения практически неуязвима для космической пыли и почти ничего не весит. В действительности, даже насосы, обеспечивающие её работу, в 20-30 раз легче и потребляют соответственно меньше энергии, чем в случае использования системы традиционной, в которой узкие трубки создают сопротивление движению теплоносителя. Невесомость же и отсутствие трения в вакууме позволяют потокам капель сохранять прямолинейное движение…
…Но могли ли фантасты вообразить космический корабль с сияющими, переливающимися жидким огнём крыльями, состоящими из свободно текущих в пустоте капель металла?
Космический душ. Горячий, но остывающий.
Бедная у меня фантазия всё-таки. Сам до такого додуматься не смог бы
Какие будут потери рабочего тела на испарение в вакууме?
Вот поэтому то и не «взлетит»