Sudah pada tahap awal pengembangan industri roket dan luar angkasa, proposal pertama untuk penggunaan berbagai teknologi nuklir muncul. Berbagai teknologi dan unit diusulkan dan dikerjakan, tetapi hanya beberapa dari mereka yang mencapai operasi yang sebenarnya. Di masa depan, pengenalan solusi fundamental baru diharapkan.
Yang pertama di luar angkasa
Pada tahun 1954, generator termoelektrik radioisotop pertama (RTG atau RTG) dibuat di AS. Elemen utama RTG adalah isotop radioaktif yang meluruh secara alami dengan pelepasan energi panas. Dengan bantuan termoelemen, energi panas diubah menjadi energi listrik, yang dipasok ke konsumen.
Keuntungan utama dari RTG adalah kemungkinan operasi jangka panjang dengan karakteristik stabil dan tanpa perawatan. Umur ditentukan oleh waktu paruh dari isotop yang dipilih. Pada saat yang sama, generator seperti itu dicirikan oleh efisiensi dan daya keluaran yang rendah, dan juga membutuhkan perlindungan biologis dan langkah-langkah keamanan yang sesuai. Namun, RTG telah menemukan aplikasi di sejumlah daerah dengan persyaratan khusus.
Pada tahun 1961 di AS, sebuah RTG tipe SNAP 3B dibuat dengan 96 g plutonium-238 dalam kapsul. Pada tahun yang sama, satelit Transit 4A, yang dilengkapi dengan generator seperti itu, mulai mengorbit. Ini menjadi pesawat ruang angkasa pertama di orbit Bumi yang menggunakan energi fisi nuklir. Pada tahun 1965, Uni Soviet meluncurkan satelit Kosmos-84, perangkat Orion-1 RTG pertamanya yang menggunakan polonium-210.
Selanjutnya, kedua negara adidaya tersebut aktif menggunakan RTG untuk menciptakan teknologi luar angkasa untuk berbagai keperluan. Misalnya, sejumlah penjelajah Mars dalam beberapa dekade terakhir telah ditenagai oleh peluruhan unsur-unsur radioaktif. Demikian pula, catu daya misi bergerak menjauh dari Matahari disediakan.
Selama lebih dari setengah abad, RTG telah membuktikan kemampuannya di sejumlah bidang, termasuk. dalam industri luar angkasa, meskipun mereka tetap menjadi alat khusus untuk tugas-tugas tertentu. Namun, dalam peran seperti itu, generator radioisotop berkontribusi pada pengembangan industri, penelitian, dll.
Roket nuklir
Segera setelah dimulainya program luar angkasa, negara-negara terkemuka mulai mengerjakan masalah pembuatan mesin roket nuklir. Arsitektur yang berbeda telah diusulkan dengan prinsip operasi yang berbeda dan manfaat yang berbeda. Misalnya, dalam proyek Amerika Orion, sebuah pesawat ruang angkasa diusulkan yang menggunakan gelombang kejut hulu ledak nuklir berdaya rendah untuk mempercepat. Juga, desain dengan tampilan yang lebih familiar sedang dikerjakan.
Pada tahun lima puluhan dan enam puluhan, NASA dan organisasi terkait mengembangkan mesin NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Komponen utamanya adalah reaktor nuklir siklus terbuka. Fluida kerja dalam bentuk hidrogen cair harus dipanaskan dari reaktor dan dikeluarkan melalui nozzle, menciptakan daya dorong. Mesin nuklir jenis ini lebih unggul dalam kinerja desain dibandingkan sistem bahan bakar kimia tradisional, meskipun pengoperasiannya lebih berbahaya.
Proyek NERVA dibawa ke pengujian berbagai komponen dan seluruh perakitan. Selama pengujian, mesin dihidupkan 28 kali dan bekerja selama hampir 2 jam Karakteristik dikonfirmasi; tidak ada masalah yang signifikan. Namun, proyek tersebut tidak menerima pengembangan lebih lanjut. Pada pergantian tahun enam puluhan dan tujuh puluhan, program luar angkasa Amerika sangat dibatasi, dan mesin NERVA ditinggalkan.
Pada periode yang sama, pekerjaan serupa dilakukan di Uni Soviet. Sebuah proyek yang menjanjikan mengusulkan penggunaan mesin dengan reaktor yang memanaskan fluida kerja dalam bentuk hidrogen cair. Pada awal tahun enam puluhan, sebuah reaktor diciptakan untuk mesin seperti itu, dan kemudian pekerjaan dimulai pada unit lainnya. Untuk waktu yang lama, pengujian dan pengembangan berbagai perangkat terus berlanjut.
Pada tahun tujuh puluhan, mesin RD-0410 yang sudah jadi melewati serangkaian tes penembakan dan mengkonfirmasi karakteristik utama. Namun, proyek tersebut tidak menerima pengembangan lebih lanjut karena kompleksitas dan risiko yang tinggi. Industri roket dan luar angkasa dalam negeri terus menggunakan mesin "kimia".
Kapal tunda luar angkasa
Selama penelitian lebih lanjut dan pekerjaan desain di Amerika Serikat dan di negara kita, mereka sampai pada kesimpulan bahwa tidak bijaksana untuk menggunakan mesin tipe NERVA atau RD-0410. Pada tahun 2003, NASA mulai menguji arsitektur baru yang fundamental untuk pesawat ruang angkasa dengan pembangkit listrik tenaga nuklir. Proyek itu bernama Prometheus.
Konsep baru mengusulkan pembangunan pesawat ruang angkasa dengan reaktor lengkap di kapal, menyediakan listrik, serta mesin jet ion. Peralatan seperti itu dapat diterapkan dalam misi penelitian jarak jauh. Namun, pengembangan "Prometheus" terbukti sangat mahal, dan hasilnya hanya diharapkan di masa depan yang jauh. Pada tahun 2005, proyek ini ditutup karena kurangnya prospek.
Pada tahun 2009, pengembangan produk serupa dimulai di Rusia. "Modul Transportasi dan Daya" (TEM) atau "tarik ruang angkasa" akan menerima pembangkit listrik tenaga nuklir kelas megawatt yang dipasangkan dengan mesin ion ID-500. Pesawat ruang angkasa diusulkan untuk dirakit di orbit Bumi dan digunakan untuk transportasi berbagai beban, percepatan pesawat ruang angkasa lain, dll.
Proyek TEM sangat kompleks, yang mempengaruhi biaya dan waktunya. Selain itu, ada banyak masalah organisasi. Namun demikian, pada pertengahan kesepuluh, masing-masing komponen TEM dikeluarkan untuk pengujian. Pekerjaan berlanjut dan di masa depan dapat menyebabkan munculnya "tarik ruang" yang nyata. Pembangunan peralatan semacam itu direncanakan untuk paruh kedua tahun dua puluhan; komisioning - pada tahun 2030
Dengan tidak adanya kesulitan serius dan pemenuhan tepat waktu dari semua rencana, TEM dapat menjadi produk pertama di dunia dari kelasnya yang dibawa ke layanan. Pada saat yang sama, ada margin waktu tertentu, sambil mengecualikan kemungkinan penampilan pesaing yang tepat waktu.
Perspektif dan batasan
Teknologi nuklir sangat menarik bagi industri roket dan luar angkasa. Pertama-tama, pembangkit listrik dari kelas yang berbeda dapat bermanfaat. RTG telah menemukan aplikasi dan mengakar kuat di beberapa daerah. Reaktor nuklir lengkap belum digunakan karena dimensi dan massanya yang besar, tetapi sudah ada pengembangan di kapal dengan peralatan seperti itu.
Selama beberapa dekade, kekuatan luar angkasa dan nuklir terkemuka telah mengerjakan dan menguji dalam praktik sejumlah ide orisinal, menentukan kelayakannya dan menemukan area aplikasi utama. Proses seperti itu berlanjut hingga hari ini, dan, mungkin, akan segera memberikan hasil baru yang bersifat praktis.
Perlu dicatat bahwa teknologi nuklir belum tersebar luas di sektor luar angkasa, dan situasi ini tidak mungkin berubah. Pada saat yang sama, mereka menjadi berguna dan menjanjikan di bidang dan proyek tertentu. Dan di ceruk-ceruk inilah potensi yang tersedia sudah direalisasikan.
