Ядерные реакторы - страница 55
Реактивный двигатель (рис. 68) содержит два основных элемента: камеру сгорания, где происходит сжигание топлива, и выхлопное сопло, куда направляются раскаленные газы. Так же как и двигатель внутреннего сгорания, реактивный двигатель превращает тепловую энергию в механическую. Только тяга здесь создается не за счет винта, а за счет реакции отбрасываемого двигателем потока газов. Чем выше температура газа, тем больше скорость его истечения, тем больше скорость ракеты, снаряда или самолета.
Очевидно, что при использовании атомной энергии для осуществления реактивного движения роль камеры сгорания должен играть ядерный реактор. Простейшая схема такого прямоточного реактивного двигателя изображена на рис. 69. Воздух нагнетается здесь в каналы реактора благодаря быстрому поступательному движению самолета. В каналах реактора воздух нагревается и с большой скоростью вытекает через выхлопное сопло. Такая схема может быть осуществлена только при очень больших скоростях самолета, когда создается высокое давление воздуха в каналах ядерного реактора.
Более совершенным является турбореактивный двигатель (рис. 70). Здесь высокое давление воздуха создается компрессором независимо от скорости самолета. Часть энергии нагретого газа расходуется на вращение газовой турбины, приводящей в движение компрессор. Основная же энергия тратится на тяговое усилие, создаваемое реакцией выхлопных газов.
Возможна также постройка винтового атомного самолета, где будет применена уже знакомая нам схема с замкнутым циклом компрессор—реактор—газовая турбина (рис. 71).
Основным препятствием к использованию ядерной энергии в самолетах является большой вес бетонной защиты для предохранения экипажа и пассажиров от вредных излучений реактора. Она весит примерно 100 тонн. Если бы удалось снизить этот вес до 40 тонн, то, как показывают расчеты, в настоящее время была бы вполне реальна постройка самолета грузоподъемностью 15 тонн, предназначенного для перевозки 180 пассажиров со скоростью 1600 километров в час. Стоимость подобного самолета, по приближенным оценкам, только в 15 раз превысила бы стоимость современного крупного реактивного самолета, предназначенного для пассажирских перевозок.
Следует напомнить, что ядерное горючее обладает колоссальной концентрацией энергии: один килограмм урана эквивалентен 1800 тоннам бензина. Поэтому такой самолет будет иметь практически неограниченную дальность полета. Имея на борту тысячу килограммов ядерного горючего, атомный самолет фактически будет обладать запасом топлива, равноценным примерно двум миллионам тонн бензина. Это позволяет надеяться, что овладение атомной энергией даст возможность в скором времени осуществить давнишнюю мечту ученых — межпланетные путешествия. Ракета подобного рода должна быть рассчитана на полет в безвоздушном пространстве и поэтому для осуществления реактивного движения должна иметь с собой достаточный запас газа в жидком виде. Таким газом может быть, например, водород.
На пути к решению этой задачи есть еще очень много трудностей, связанных с выбором газа, его хранением, теплостойкостью применяемых материалов и т. д. Но эти затруднения преодолимы. Только ракета с ядерным горючим разовьет такую большую скорость, что сможет пройти область действия сил земного тяготения и выйти в безбрежные просторы вселенной.
Атомная энергия наших дней. Если бы лет восемнадцать — двадцать назад кто-нибудь написал увлекательную научно-фантастическую книгу о нашем будущем, в которой рассказывалось бы о том, как советские люди в 1954 году построили первую промышленную атомную станцию, а уже в 1960 году атомная энергетика заняла видное место в нашей стране; если бы смелый автор предположил, что общая мощность введенных в эксплуатацию атомных станций превысила два миллиона киловатт, описал бы созданные в труднодоступных районах страны, где нет топлива и рек, гиганты индустрии и даже подсчитал, что для годичного обеспечения всех атомных станций «топливом» понадобится всего один рейс грузового самолета, — ему сказали бы: «Уж слишком наивно, это не научная фантазия».