نیم قرن پیش، حتی قبل از آغاز عصر فضا، دانشمندان کشورهای پیشرو به این نتیجه رسیدند که هیچ چشم انداز جدی برای انواع موتورهای موشکی موجود وجود ندارد. قدرت ویژه موتورهای سوخت مایع و جامد برای اهداف موجود کافی است، اما برای دراز مدت بسیار کم است. راه برون رفت از "بن بست" فعلی موتورهای موشک هسته ای (NRE) بود. با این حال، با وجود تحقیقات فراوان، هر دو مفهوم چنین موتورهایی به کاربرد عملی نرسیده اند. همه چیز با چندین آزمایش به پایان رسید.چند وقت پیش وجود داشت اخبار در مورد از سرگیری کار در این راستا، هم در روسیه و هم در ایالات متحده. در ایالات متحده، دانشمندانی از دانشگاه آلاباما، ناسا، بوئینگ و آزمایشگاه اوک ریج به طور همزمان در این برنامه مشارکت دارند. موتور موشک جدید قرار است با توجه به به اصطلاح ساخته شود. سیستم ضربه ای این بدان معناست که در حین کار، بخش های کوچکی از مواد رادیواکتیو از یک نازل مخصوص خارج می شود. پس از پرتاب، بخشی از اورانیوم، پلوتونیوم یا مواد دیگر با خواص مناسب منفجر می شود و با برخورد به صفحه مخصوصی که نازل پرتاب را احاطه کرده، به فضاپیما شتاب می دهد. از آنجایی که یک انفجار هسته ای مقدار زیادی انرژی آزاد می کند، NRE پالسی در حال حاضر امیدوارکننده ترین کلاس از نظر چگالی توان و مصرف سوخت به نسبت رانش در نظر گرفته می شود. با این حال، چنین سیستمی دارای تعدادی اشکالات مشخصه است: نیاز به اطمینان از استحکام مناسب صفحه ای که ضربه انفجار را به عهده می گیرد، انتشار محصولات شکافت رادیواکتیو، و همچنین محاسبه صحیح قدرت هسته ای. شارژ و زمان انفجار آن در این راستا، تمام کارها بر روی موتورهای موشک هسته ای پالسی تا کنون به محاسبات منحصراً نظری محدود شده است.
پیشنهاد جدید کارکنان آزمایشگاه Oak Ridge قادر است حداقل یک مشکل موتورهای موشک هسته ای را حل کند - اطمینان از فاصله انفجار شارژ صحیح و در نتیجه مصرف سوخت کارآمد. فناوری پیشنهادی Z-pinch (Z-compression) نامیده می شود. ماهیت آن در ایجاد یک "پیله" پلاسما است که در داخل آن انفجار سوخت رخ می دهد. برای انجام این کار، پیشنهاد می شود "نازل" موتور را به سیستم تولید پلاسما و همچنین تعدادی از تجهیزات مرتبط مجهز کنید. با تشکر از او، بلافاصله پس از آزاد شدن یک بار هسته ای یا گرما هسته ای، سیستم های موتور یک تخلیه الکتریکی با قدرت بالا را از طریق پلاسمای حاصل عبور می دهند. تخلیه باعث تشکیل یک میدان مغناطیسی قدرتمند می شود که بار سوخت را جذب می کند. دومی که تحت چنین تأثیری قرار گرفته است، فشرده می شود و به تراکم بحرانی می رسد. در پایان تامین برق، طبق محاسبات، انفجار رخ می دهد. در حال حاضر پیشنهاد شده است که از مخلوط دوتریوم و لیتیوم ایزوتوپ Li6 به عنوان سوخت برای موتور Z استفاده شود. بنابراین، موتور پیشنهادی بر اساس واکنش های گرما هسته ای است.
لازم به ذکر است که توضیحات فوق تنها به یک چرخه NRE پیشرفته در فشرده سازی Z اشاره دارد. در طول کار موتور، چنین چرخه هایی باید به طور مداوم تکرار شوند، فرکانس بستگی به توان مورد نیاز دارد. محاسبات فعلی نشان می دهد که حداکثر سرعت یک فضاپیما با درایو Z می تواند به علامت صد هزار کیلومتر در ساعت برسد و حتی از آن عبور کند. درست است، این به مقدار کافی سوخت دوتریوم-لیتیوم نیاز دارد. در دفاع از پروژه، باید در مورد هزینه سوخت کمتر از نظر وزن بحث کرد: موتورهای موشکی شیمیایی سنتی که قادر به شتاب دادن دستگاه به چنین سرعتی هستند، اندازه و مصرف سوخت کاملاً غیرقابل قبولی دارند. موتور فشرده سازی Z چنین مشکلی ندارد، اما، همانطور که همیشه اتفاق می افتد، بدون کاستی نبود. اول از همه، این پیچیدگی طراحی است. در نگاه اول، به نظر می رسد که چنین NRE نسبتاً ساده است، اما حتی ایجاد صفحه ای که ضربه انفجارها را دریافت می کند، به خودی خود کار نسبتاً دشواری است، زیرا این قسمت باید صدها و هزاران انفجار را به اندازه کافی تحمل کند. قدرت بالا. علاوه بر این، فشرده سازی Z به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد که فضاپیما نیز باید آن را از جایی بگیرد. بنابراین، صرفه جویی در مصرف سوخت مستقیم به مشکلاتی با سایر عناصر سیستم تبدیل می شود.
با این وجود، چندین سازمان علمی آمریکایی به یکباره این پروژه را در دست گرفتند و به نظر نمی رسد که آن را رها کنند. حداقل تا زمانی که حداکثر اطلاعات جمع آوری شود، که از آن می توان ظاهر یک موتور امیدوار کننده و لیستی از مزایا و معایب آن را با ماهیت تکنولوژیکی استنباط کرد. طبیعتا فناوری های جدید نیازمند تجهیزات علمی جدید و منحصر به فرد هستند. دستگاه Z-machine به عنوان بستر اصلی برای مطالعه فشرده سازی Z انتخاب شد. در واقع، به افتخار این دستگاه بود که اصل مفهوم امیدوارکننده موتور هسته ای نامگذاری شد. یک شتاب دهنده انرژی پالسی به نام "Z-machine" در قلمرو آزمایشگاه ملی ساندیا (نیومکزیکو) قرار دارد. در واقع، مجموعه ای از تعداد زیادی خازن قدرتمند است که می تواند انرژی را ذخیره کرده و آن را به دستور آزاد کند. چنین دستگاه هایی از مدت ها قبل وجود داشته و توسط دانشمندان مورد استفاده قرار گرفته اند، اما پروژه موتور Z از شتاب دهنده Sandia استفاده خواهد کرد. دلیل این امر قدرت آن است. انرژی های عظیمی برای نگهداری و فشرده سازی بخشی از سوخت حرارتی هسته ای مورد نیاز است که به سادگی از توان سایر شتاب دهنده ها خارج است. Z-machine قادر است یک ضربه الکتریکی 210 تراوات را در یک نانوثانیه (میلیاردم ثانیه) ارسال کند. انتظار می‌رود فشرده‌سازی Z در ظرفیت‌های پایین‌تر انجام شود، اما حاشیه ضرری ندارد.
شتاب دهنده انرژی Z-machine، حتی جدای از پروژه جدید YARD، بسیار مورد توجه است. در حال حاضر قدرتمندترین دستگاه این کلاس است. علاوه بر این، واحد آزمایشگاه Sandia دارای ویژگی های قابل قبولی است: شارژ خازن های سیستم چندین ساعت طول می کشد و از شبکه های برق "متداول" موجود استفاده نمی کند. در همان زمان، ماشین Z مقادیر توان رکورد پالس های فوق کوتاه را تولید می کند. هدف از ایجاد یک شتاب دهنده پالس، مطالعه فرآیند همجوشی گرما هسته ای و در آینده بررسی احتمالات کنترل آن بود. به همین دلیل است که نویسندگان پروژه نصب امکان جمع آوری هزینه های هنگفت را فراهم کردند. قابل ذکر است که در هنگام تخلیه خازن ها رعد و برق در اطراف هادی های شتاب دهنده ایجاد می شود.
پروژه یک موتور موشک هسته ای که بر اساس اصل فشرده سازی Z عمل می کند بسیار جالب است، اما در عین حال خارق العاده است. تاکنون بشریت هیچ آزمایشی با موتورهای موشک هسته‌ای پالسی انجام نداده است، به ویژه با موتورهای مبتنی بر واکنش گرما هسته‌ای. با این حال، موتور تمام شده هنوز خیلی دور است. تاکنون، دانشمندان با وظیفه بررسی کامل ویژگی‌های واکنش‌های گرما هسته‌ای در مقدار کمی ماده و همچنین اثبات امکان عملی فشرده‌سازی Z مواجه شده‌اند. علاوه بر این، ایجاد یک منبع انرژی که بتواند با تولید الکتریسیته لازم برای عملکرد موتور مقابله کند، و همچنین طراحی یک سیستم کارآمد و بسیار ایمن برای تامین سوخت گرما هسته‌ای به قسمت کار موتور ضروری خواهد بود. . در حال حاضر، همه این وظایف بیش از حد پیچیده به نظر می رسند. بیایید امیدوار باشیم که آمریکایی ها با آنها کنار بیایند و بشریت فناوری جدیدی را دریافت کند که می تواند انگیزه قدرتمندی به فضانوردی بدهد و پروازهای عظیم به سیارات دیگر را تضمین کند.
به نقل از وب سایت ها:
http://dailytechinfo.org/
http://nasa.gov/
http://ornl.gov/
http://sandia.gov/
http://astronautix.com/