Ngay trong giai đoạn đầu của sự phát triển của ngành công nghiệp tên lửa và vũ trụ, những đề xuất đầu tiên về việc sử dụng các công nghệ hạt nhân khác nhau đã xuất hiện. Nhiều công nghệ và đơn vị khác nhau đã được đề xuất và nghiên cứu, nhưng chỉ một số trong số chúng đạt được hoạt động thực tế. Trong tương lai, dự kiến sẽ đưa ra các giải pháp mới về cơ bản.
Người đầu tiên trong không gian
Năm 1954, máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đầu tiên (RTG hay RTG) được tạo ra ở Hoa Kỳ. Nguyên tố chính của RTG là một đồng vị phóng xạ bị phân hủy tự nhiên cùng với việc giải phóng năng lượng nhiệt. Với sự trợ giúp của nhiệt năng, nhiệt năng được chuyển thành năng lượng điện, được cung cấp cho người tiêu dùng.
Ưu điểm chính của RTG là khả năng hoạt động lâu dài với các đặc tính ổn định và không cần bảo trì. Tuổi thọ được xác định bởi chu kỳ bán rã của đồng vị đã chọn. Đồng thời, một máy phát điện như vậy được đặc trưng bởi hiệu suất và công suất đầu ra thấp, và cũng cần được bảo vệ sinh học và các biện pháp an toàn thích hợp. Tuy nhiên, RTG đã được ứng dụng trong một số lĩnh vực có yêu cầu đặc biệt.
Năm 1961 tại Hoa Kỳ, một RTG kiểu SNAP 3B được tạo ra với 96 g plutonium-238 trong một viên nang. Cùng năm, vệ tinh Transit 4A, được trang bị một máy phát điện như vậy, đã đi vào quỹ đạo. Nó trở thành tàu vũ trụ đầu tiên trên quỹ đạo Trái đất sử dụng năng lượng phân hạch hạt nhân. Năm 1965, Liên Xô phóng vệ tinh Kosmos-84, thiết bị Orion-1 RTG đầu tiên của họ sử dụng polonium-210.
Sau đó, hai siêu cường đã tích cực sử dụng RTG để tạo ra công nghệ vũ trụ cho nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, một số tàu lượn trên sao Hỏa trong những thập kỷ gần đây đã được cung cấp năng lượng bởi sự phân hủy của các nguyên tố phóng xạ. Tương tự, nguồn cung cấp năng lượng cho các sứ mệnh di chuyển khỏi Mặt trời cũng được cung cấp.
Trong hơn nửa thế kỷ, RTG đã chứng minh được khả năng của mình trong một số lĩnh vực, bao gồm. trong ngành công nghiệp vũ trụ, mặc dù chúng vẫn là một công cụ chuyên biệt cho các nhiệm vụ cụ thể. Tuy nhiên, với vai trò như vậy, máy phát đồng vị phóng xạ góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp, nghiên cứu, v.v.
Tên lửa hạt nhân
Ngay sau khi bắt đầu các chương trình không gian, các quốc gia hàng đầu đã bắt đầu tính đến vấn đề tạo ra động cơ tên lửa hạt nhân. Các kiến trúc khác nhau đã được đề xuất với các nguyên tắc hoạt động khác nhau và các lợi ích khác nhau. Ví dụ, trong dự án Orion của Mỹ, một tàu vũ trụ đã được đề xuất sử dụng sóng xung kích của đầu đạn hạt nhân công suất thấp để tăng tốc. Ngoài ra, các thiết kế có giao diện quen thuộc hơn cũng đang được thực hiện.
Trong những năm 50 và 60, NASA và các tổ chức liên quan đã phát triển động cơ NERVA (Động cơ hạt nhân cho ứng dụng xe tên lửa). Thành phần chính của nó là một lò phản ứng hạt nhân chu trình mở. Chất lỏng hoạt động ở dạng hydro lỏng phải được làm nóng từ lò phản ứng và phun ra qua vòi phun, tạo ra lực đẩy. Động cơ hạt nhân loại này có hiệu suất thiết kế vượt trội hơn so với các hệ thống nhiên liệu hóa học truyền thống, mặc dù nó nguy hiểm hơn khi vận hành.
Dự án NERVA đã được đưa đến thử nghiệm các thành phần khác nhau và toàn bộ việc lắp ráp. Trong các thử nghiệm, động cơ đã được bật 28 lần và hoạt động trong gần 2 giờ. không có vấn đề đáng kể. Tuy nhiên, dự án đã không nhận được sự phát triển thêm. Vào đầu những năm 60 và 70, chương trình vũ trụ của Mỹ đã bị cắt đứt nghiêm trọng, và động cơ NERVA bị bỏ rơi.
Trong cùng thời kỳ, công việc tương tự cũng được thực hiện ở Liên Xô. Một dự án đầy hứa hẹn đã đề xuất việc sử dụng động cơ có lò phản ứng làm nóng chất lỏng hoạt động ở dạng hydro lỏng. Vào đầu những năm 60, một lò phản ứng đã được tạo ra cho một động cơ như vậy, và công việc sau đó bắt đầu trên các đơn vị còn lại. Trong một thời gian dài, việc thử nghiệm và phát triển các thiết bị khác nhau vẫn tiếp tục.
Vào những năm 70, động cơ RD-0410 đã hoàn thiện đã vượt qua một loạt các thử nghiệm bắn và xác nhận các đặc tính chính. Tuy nhiên, dự án không được phát triển thêm do độ phức tạp và rủi ro cao. Ngành công nghiệp tên lửa và vũ trụ trong nước tiếp tục sử dụng động cơ "hóa học".
Tàu kéo không gian
Trong quá trình nghiên cứu và thiết kế thêm ở Hoa Kỳ và ở nước ta, họ đã đưa ra kết luận rằng không thể sử dụng động cơ kiểu NERVA hoặc RD-0410. Năm 2003, NASA bắt đầu thử nghiệm một kiến trúc mới về cơ bản cho một tàu vũ trụ với một nhà máy điện hạt nhân. Dự án được đặt tên là Prometheus.
Ý tưởng mới đề xuất việc chế tạo một tàu vũ trụ với một lò phản ứng chính thức trên tàu, cung cấp điện, cũng như một động cơ phản lực ion. Một thiết bị như vậy có thể được ứng dụng trong các nhiệm vụ nghiên cứu đường dài. Tuy nhiên, việc phát triển "Prometheus" được chứng minh là rất tốn kém và kết quả chỉ được mong đợi trong tương lai xa. Năm 2005, dự án bị đóng cửa vì thiếu triển vọng.
Năm 2009, sự phát triển của một sản phẩm tương tự bắt đầu ở Nga. "Mô-đun Vận tải và Năng lượng" (TEM) hoặc "tàu kéo không gian" là nhận một nhà máy điện hạt nhân cấp megawatt kết hợp với động cơ ion ID-500. Tàu vũ trụ được đề xuất lắp ráp trên quỹ đạo Trái đất và được sử dụng để vận chuyển các tải trọng khác nhau, tăng tốc cho các tàu vũ trụ khác, v.v.
Dự án TEM rất phức tạp, ảnh hưởng đến chi phí và thời gian của nó. Ngoài ra, có rất nhiều vấn đề về tổ chức. Tuy nhiên, vào giữa phần mười, các thành phần riêng lẻ của TEM đã được đưa ra ngoài để thử nghiệm. Công việc vẫn tiếp tục và trong tương lai có thể dẫn đến sự xuất hiện của một "tàu kéo không gian" thực sự. Việc xây dựng một bộ máy như vậy được lên kế hoạch cho nửa sau của những năm hai mươi; vận hành thử - vào năm 2030
Trong trường hợp không gặp khó khăn nghiêm trọng và hoàn thành kịp thời mọi kế hoạch, TEM có thể trở thành sản phẩm cùng loại đầu tiên trên thế giới được đưa vào sử dụng. Đồng thời, có một biên độ thời gian nhất định, đồng thời loại trừ khả năng xuất hiện kịp thời của các đối thủ cạnh tranh.
Quan điểm và hạn chế
Công nghệ hạt nhân rất được quan tâm đối với ngành công nghiệp tên lửa và vũ trụ. Trước hết, các nhà máy điện thuộc các lớp khác nhau có thể hữu ích. RTGs đã được tìm thấy ứng dụng và cố định vững chắc ở một số khu vực. Các lò phản ứng hạt nhân chính thức vẫn chưa được sử dụng do kích thước và khối lượng lớn của chúng, nhưng đã có những phát triển trên những con tàu có thiết bị như vậy.
Trong vài thập kỷ, các cường quốc vũ trụ và hạt nhân hàng đầu đã nghiên cứu và thử nghiệm trên thực tế một số ý tưởng ban đầu, xác định khả năng tồn tại của chúng và tìm ra các lĩnh vực ứng dụng chính. Những quá trình như vậy vẫn tiếp tục cho đến ngày nay, và có lẽ sẽ sớm đưa ra những kết quả mới có tính chất thực tiễn.
Cần lưu ý rằng công nghệ hạt nhân chưa trở nên phổ biến trong lĩnh vực vũ trụ, và tình hình này khó có thể thay đổi. Đồng thời, chúng hóa ra hữu ích và đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực và dự án nhất định. Và chính trong những ngóc ngách này, tiềm năng sẵn có đã được hiện thực hóa.
