Основное различие между обычными и атомными ракетами заключается в способе получения энергии, необходимой для движения.

Обычная ракета получает энергию от сгорания или разложения химического топлива. Нагретые до высокой температуры и выбрасываемые из сопла ракеты с большой скоростью, продукты горения или разложения топлива (рабочее тело) и обеспечивают поступательное движение ракеты. В атомной же ракете, например, с двигателем теплообменного типа рабочее тело пассивно. Оно нагревается за счет кинетической энергии осколков деления, образующихся в результате управляемого процесса деления в ядерном реакторе, и с большой скоростью выбрасывается из сопла ракеты.

Если бы было возможно продукты синтеза дейтерия с тритием, образующиеся в ходе термоядерной реакции, выбрасывать из ракеты в направлении, обратном ее движению, то эффективный удельный импульс такого рабочего тела (ядер атомов гелия) был бы в 10⁴ раз больше эффективного удельного импульса современных ракет на химическом топливе. Термоядерные процессы дают достаточный выход энергии на единицу реагирующей массы, чтобы обеспечить такие рабочие характеристики ракет, которые в настоящее время даже трудно себе представить.

Поэтому рассмотрим некоторые из возможных нехимических двигательных систем, использующих атомную энергию реакции деления ядер атомов. В ракетном двигателе теплообменного типа (рис. 1, вкладка) рабочее тело подается в активную зону реактора центробежными насосами с приводом от турбины. В реакторе жидкое рабочее тело испаряется, нагревается до необходимой температуры, а затем выбрасывается через сопло со сверхзвуковой скоростью. Полезный груз, в состав которого в будущем войдет и экипаж, может быть расположен в носовом отсеке перед баками с рабочим телом. Это делается для того, чтобы максимально использовать рабочее тело в качестве защиты от излучений реактора, а также достичь наибольшей удаленности людей от реактора.

Процесс деления выгодно осуществить таким образом, чтобы замедление осколков деления происходило непосредственно в рабочем теле, а не в конструкции, которая сначала нагревается сама и лишь затем нагревает рабочее тело. Именно на этом принципе работает двигатель следующего типа ракеты (рис. II). Гомогенная смесь делящегося вещества и рабочего тела поступает в камеру, где рабочее тело нагревается непосредственно осколками деления и затем извергается из сопла. Реакторы такого типа в зоне теплообмена фактически являются газовыми. Недостаток двигателей этого типа заключается в том, что вместе с рабочим телом выбрасывается и значительная часть неизрасходованного атомного топлива. Однако не исключена возможность, что путем быстрого вращения струи газа в активной зоне или путем использования электрических или магнитных полей можно будет добиться разделения топлива и рабочего тела и тем caмым значительно уменьшить потери делящегося материала. Удельный им пульс, развиваемый двигателем этого типа, будет в 6-7 раз больше, чем у предыдущего.

◄Нa цветной вкладке изображены некоторые типы атомных ракетных двигателей и их основные части. I. ДВИГАТЕЛЬ. В КОТОРОМ РАБОЧЕЕ ТЕЛО ПРОПУСКАЕТСЯ ЧЕРЕЗ АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА: 1. Реактор. 2. Бак с рабочим телом. 3. Сопло двигателя. 5. Насос. II. ДВИГАТЕЛЬ, В КОТОРОМ РАБОЧЕЕ ТЕЛО СМЕШИВАЕТСЯ С ЯДЕРНЫМ ГОРЮЧИМ (ГАЗОВЫЙ): 4. Запас делящегося вещества. III. ДВИГАТЕЛЬ С УСКОРЕНИЕМ ИОНОВ: 6. Паровая турбина. 7. Генератор электрического тока. 8. Система охлаждения отработанного пара. 9. Цилиндры, ускоряющие поток заряженных частиц (ионов). IV. ДВИГАТЕЛЬ С УДАРНОЙ ТРУБОЙ: 10. Бак высокого давления для накапливания горячего газа. 11. Клапан бака. 12. Клапан выхлопной трубы. 13. Клапаны системы охлаждения. 14. Выхлопная труба. V. ДВИГАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГОЙ: 15. Анод дуги. 16. Стабилизатор. 17. Кольцевой электрод (катод дуги).

Третья из рассматриваемых нами систем основана на использовании электрических или магнитных полей, ускоряющих ионы или заряженные частицы до очень больших скоростей. Ускоритель питается электроэнергией, вырабатываемой реактором и турбогенератором (рис. III).

Двигатель четвертой ракеты (рис. IV) работает по своеобразному термомеханическому циклу. Часть энергии реактора используется для привода насоса, который подает в активную зону реактора жидкое рабочее тело, где оно испаряется и нагревается при высоком давлении. Полученный горячий газ нагнетается в отдельную камеру высокого давления, которая через клапан 11 сообщается с трубой ударных волн. На другом конце ударной трубы находится диффузор, служащий для концентрации энергии ударной волны, и клапан 12, соединяющий трубу с соплом ракеты. Рабочий цикл двигателя осуществляется так: насос 5 забирает рабочее тело из резервуара и под повышенным давлением прокачивает его через реактор, где оно испаряется и нагревается приблизительно до 2500°С., а затем нагнетается в камеру высокого давления. Ударная труба в этот момент все еще заполнена газом низкого давления, оставшимся от предыдущего цикла. Затем клапан 11 быстро открывается, сжатый газ, врываясь в трубу, мгновенно сжимает и нагревает газ, находящийся в трубе, вызывая появление в нем сильной ударной волны. Наибольшее сжатие достигается в нижней по течению части диффузора. Затем клапан 11 закрывается, а клапан 12 открывается, и газ с большой скоростью вырывается из сопла. Когда температура выходящего газа уменьшится в 3-4 раза по сравнению с максимальной температурой, достигнутой в ударной трубе, клапан 12 закрывается, а клапан 13 открывается, и при помощи насоса 5 оставшийся в ударной трубе газ поступает в радиатор, где он охлаждается. Этот цикл непрерывно повторяется, создавая «сгустки» высокотемпературного газа, вытекающего из сопла с большой скоростью.

Последний тип ракетного двигателя с высокими полетными характеристиками основан на непосредственном нагреве рабочего тела электрическим током.

Один из возможных вариантов ядерно-электрического двигателя — система с дуговым разогревом, в которой рабочее тело превращается в дуге в плазму, которая и выбрасывается через сопло, находящееся в катоде дуги (рис. V). В отличие от рассмотренной выше схемы метод непосредственного электрического нагрева в дуге является непрерывным и может создавать постоянную тягу с удельным импульсом рабочего тела, в 15 раз превышающим удельный импульс современных химических ракет.

Расчеты показали, что вес ракет с ядерными двигательными системами снижается в 10-15 раз по сравнению с обычными химическими ракетами и в 3-5 раз по сравнению с высокоэнергетичными химическими ракетами на новых видах топлив. Если вспомнить, что каждый килограмм полезного груза ракеты требует от 10 до 100 кг стартового веса, то станет ясно, что развитие нехимических двигательных систем имеет исключительно важное значение для межпланетных полетов и полетов с большим полезным грузом. В случае успешного решения проблемы создания высокоэффективных атомных ракетных двигателей они вытеснят ныне существующие ракеты, по крайней мере там, где требуются большая грузоподъемность и большая дальность. Нет сомнения, что будущее ракетного движения связано с использованием атомной энергии.

Желающим более подробно ознакомиться с различными вопросами, связанными с использованием атомной энергии для создания реактивной тяги, рекомендуем книгу Р. Бас-сарда и Р. де Лауэра «Ракета с атомным двигателем». Издательство иностранной литературы, Москва, 1960.