Già nelle prime fasi dello sviluppo dell'industria missilistica e spaziale, sono apparse le prime proposte per l'uso di varie tecnologie nucleari. Varie tecnologie e unità sono state proposte ed elaborate, ma solo alcune di esse hanno raggiunto l'effettiva operatività. In futuro, è prevista l'introduzione di soluzioni fondamentalmente nuove.
Il primo nello spazio
Nel 1954 fu creato negli USA il primo generatore termoelettrico a radioisotopi (RTG o RTG). L'elemento principale di un RTG è un isotopo radioattivo che decade naturalmente con il rilascio di energia termica. Con l'aiuto di un termoelemento, l'energia termica viene convertita in energia elettrica, che viene fornita ai consumatori.
Il principale vantaggio dell'RTG è la possibilità di funzionamento a lungo termine con caratteristiche stabili e senza manutenzione. La durata della vita è determinata dall'emivita dell'isotopo selezionato. Allo stesso tempo, un tale generatore è caratterizzato da bassa efficienza e potenza di uscita e necessita anche di protezione biologica e adeguate misure di sicurezza. Tuttavia, gli RTG hanno trovato applicazione in una serie di aree con requisiti speciali.
Nel 1961 negli USA fu creato un RTG del tipo SNAP 3B con 96 g di plutonio-238 in una capsula. Nello stesso anno, il satellite Transit 4A, dotato di un tale generatore, è andato in orbita. Divenne il primo veicolo spaziale in orbita terrestre ad utilizzare l'energia della fissione nucleare. Nel 1965, l'URSS ha lanciato il satellite Kosmos-84, il suo primo dispositivo RTG Orion-1 che utilizza il polonio-210.
Successivamente, le due superpotenze hanno utilizzato attivamente gli RTG per creare tecnologia spaziale per vari scopi. Ad esempio, un certo numero di rover su Marte negli ultimi decenni è stato alimentato dal decadimento di elementi radioattivi. Allo stesso modo, viene fornita l'alimentazione delle missioni in allontanamento dal Sole.
Per più di mezzo secolo, gli RTG hanno dimostrato le loro capacità in una serie di aree, incl. nell'industria spaziale, sebbene rimanessero uno strumento specializzato per compiti specifici. Tuttavia, in tale ruolo, i generatori di radioisotopi contribuiscono allo sviluppo dell'industria, della ricerca, ecc.
razzo nucleare
Subito dopo l'inizio dei programmi spaziali, i principali paesi hanno iniziato a elaborare il problema della creazione di un motore a razzo nucleare. Diverse architetture sono state proposte con differenti principi di funzionamento e differenti benefici. Ad esempio, nel progetto americano Orion, è stato proposto un veicolo spaziale che utilizza un'onda d'urto di testate nucleari a bassa potenza per accelerare. Inoltre, sono stati elaborati progetti di un aspetto più familiare.
Negli anni Cinquanta e Sessanta, la NASA e le organizzazioni correlate hanno sviluppato il motore NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Il suo componente principale era un reattore nucleare a ciclo aperto. Il fluido di lavoro sotto forma di idrogeno liquido doveva essere riscaldato dal reattore ed espulso attraverso l'ugello, creando spinta. Un motore nucleare di questo tipo era superiore nelle prestazioni di progettazione ai tradizionali sistemi a combustibile chimico, sebbene fosse più pericoloso durante il funzionamento.
Il progetto NERVA è stato portato alla prova di vari componenti e dell'intero assemblaggio. Durante le prove il motore è stato acceso 28 volte e ha funzionato per quasi 2 ore, le caratteristiche sono state confermate; non ci sono stati problemi significativi. Tuttavia, il progetto non ha ricevuto ulteriori sviluppi. A cavallo tra gli anni Sessanta e Settanta, il programma spaziale americano fu seriamente ridotto e il motore NERVA fu abbandonato.
Nello stesso periodo, un lavoro simile fu svolto in URSS. Un progetto promettente ha proposto l'uso di un motore con un reattore che riscalda il fluido di lavoro sotto forma di idrogeno liquido. All'inizio degli anni Sessanta, fu creato un reattore per un tale motore e in seguito iniziarono i lavori sul resto delle unità. Per molto tempo sono proseguiti i test e lo sviluppo di vari dispositivi.
Negli anni settanta, il motore RD-0410 finito ha superato una serie di test di accensione e ha confermato le caratteristiche principali. Tuttavia, il progetto non ha ricevuto ulteriori sviluppi a causa dell'elevata complessità e dei rischi. L'industria spaziale e missilistica nazionale ha continuato a utilizzare motori "chimici".
Rimorchiatori spaziali
Nel corso di ulteriori ricerche e lavori di progettazione negli Stati Uniti e nel nostro paese, sono giunti alla conclusione che non è opportuno utilizzare motori del tipo NERVA o RD-0410. Nel 2003, la NASA ha iniziato a testare un'architettura fondamentalmente nuova per un veicolo spaziale con una centrale nucleare. Il progetto si chiamava Prometeo.
Il nuovo concetto proponeva la costruzione di un veicolo spaziale con a bordo un reattore a tutti gli effetti, che fornisse elettricità e un motore a getto di ioni. Un tale apparato potrebbe trovare applicazione in missioni di ricerca a lunga distanza. Tuttavia, lo sviluppo di "Prometeo" si è rivelato proibitivo e i risultati erano previsti solo in un lontano futuro. Nel 2005 il progetto è stato chiuso per mancanza di prospettive.
Nel 2009, lo sviluppo di un prodotto simile è iniziato in Russia. Il "Modulo di trasporto e alimentazione" (TEM) o "rimorchiatore spaziale" è quello di ricevere una centrale nucleare di classe megawatt accoppiata con un motore a ioni ID-500. Il veicolo spaziale è proposto per essere assemblato nell'orbita terrestre e utilizzato per il trasporto di vari carichi, l'accelerazione di altri veicoli spaziali, ecc.
Il progetto TEM è molto complesso, il che ne incide sui costi e sui tempi. Inoltre, c'erano numerosi problemi organizzativi. Tuttavia, verso la metà dei decimi, i singoli componenti del TEM sono stati prelevati per i test. Il lavoro continua e in futuro potrebbe portare all'emergere di un vero e proprio "rimorchiatore spaziale". La costruzione di tale apparato è prevista per la seconda metà degli anni venti; messa in servizio - nel 2030
In assenza di serie difficoltà e di tempestiva realizzazione di tutti i piani, il TEM può diventare il primo prodotto al mondo della sua classe messo in servizio. Allo stesso tempo, c'è un certo margine di tempo, escludendo la possibilità dell'apparizione tempestiva dei concorrenti.
Prospettive e limiti
Le tecnologie nucleari sono di grande interesse per l'industria spaziale e missilistica. Prima di tutto, possono essere utili centrali elettriche di diverse classi. Gli RTG hanno già trovato applicazione e sono saldamente radicati in alcune aree. I reattori nucleari a tutti gli effetti non sono ancora utilizzati a causa delle loro grandi dimensioni e massa, ma ci sono già sviluppi su navi con tali apparecchiature.
Per diversi decenni, le principali potenze spaziali e nucleari hanno elaborato e testato nella pratica una serie di idee originali, ne hanno determinato la fattibilità e hanno trovato le principali aree di applicazione. Tali processi continuano fino ad oggi e, probabilmente, daranno presto nuovi risultati di natura pratica.
Va notato che le tecnologie nucleari non si sono diffuse nel settore spaziale ed è improbabile che questa situazione cambi. Allo stesso tempo, si rivelano utili e promettenti in determinate aree e progetti. Ed è in queste nicchie che si sta già realizzando il potenziale disponibile.
