ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЧТЕНИЙ ОЦЕНОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЯДЕРНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МЕТОДОМ ДОПУСТИМЫХ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ОТКЛОНЕНИЙ

В космической отрасли наиболее перспективной является сфера проектирования ядерных ракетных двигателей. Новым разработкам уделяется больший интерес, так как нельзя отрицать возможность широкого применения данного типа двигательных установок.

На борту ракеты-носителя двигательная установка является наиболее важным агрегатом, который предназначен для создания тяги и удельного импульса. Создаваемая тяга и расход топлива являются характеристиками двигателя, на которых в последние несколько десятилетий сосредоточена деятельность конструкторов. Использование твердотопливных двигателей, как и жидкостных является маловыгодным в настоящее время для перелетов в пределах Солнечной системы и тем более в близлежащих галактиках.

Для перелетов в пределах ближних в Солнечной системе планет возникает потребность в развитии имеющихся двигателей ракет-носителей, работающих на отличных от принципа работы химических ракетных двигателей и создание уникально новых и перспективных двигательных установок. Перспективными двигателями на данный момент являются не только ядерные ракетные двигатели, но и электрические ракетные двигатели и лазерные ракетные двигатели.

Ядерный ракетный двигатель – ракетный двигатель, использующий для создания реактивной тяги энергию деления или синтеза ядер.

В общей сложности ядерный ракетный двигатель представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором, системой подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (обычно это жидкий водород), подается из баков в активную зону реактора, проходя через нагретые в следствии ядерной реакции каналы, разогревается до достаточно высоких температур, ускоряется проходя через сопло, выбрасывается и создает реактивную тягу. Температура нагрева ограничена температурой плавления элементов конструкции (не более 3000 К).

Основными преимуществами ядерных ракетных двигателей по сравнению с химическими являются: высокий удельный импульс; возможность получения гораздо большей тяги (тысячи тонн в вакууме); значимый энергозапас; сравнительная компактность двигательной установки. [1]

Основным недостатком является высокая радиационная опасность, создаваемая двигательной установкой, из-за истечения радиоактивных газов с рабочим телом.

Для проведения анализа, оценочных показателей (характеристик) ядерных ракетных двигателей (ЯРД) в методе допустимых относительных отклонений были определены следующие группы экспертов: главный конструктор (разработчики); инженер по технике безопасности; инженер-испытатель; специалист-ядерщик; эколог. Экспертам  сообщают  диапазоны  изменения  показателей ,  на множестве допустимых решений X. Каждый из  экспертов, задает значения показателей ,  которые, по его мнению, могут достигаться в рассматриваемой операции.

Каждой группе с помощью методов экспертного оценивания предложено определить важность следующих характеристик ЯРД: удельный импульс тяги в пустоте, ; тяга в пустоте,  тепловая мощность реактора,  ресурс работы,  число включений ; масса с радиационной защитой,

Оценки экспертов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Оценки экспертов

Далее вычисляются относительные отклонения заданных значений показателей от локально-оптимальных значений. [2]

Для критериев, которые максимизируются (удельный импульс тяги в пустоте, тяга в пустоте, тепловая мощность реактора, ресурс работы, число включений), вычисления проводятся по формуле:

Для критериев, которые минимизируются (масса с радиационной защитой), используется следующая формула:

Таблица 2.

Результаты вычисления отклонений

Нормированные значения ,  определяются по формуле:

Для простоты решения вычислен знаменатель для первого эксперта :

Для остальных экспертов расчеты производятся аналогично.

; ; ;  .

Таблица 3.

Результаты вычислений

Весовые коэффициенты рассчитываются по формуле (1), заменив в ней   на , т.е.

, , , , .

Проверка

Таким образом, характеристики ядерного двигателя группой экспертов распределены по степени убывания важности:

• тяга в пустоте ,
• масса с радиационной защитой
• удельный импульс тяги в пустоте ,
• ресурс работы ,
• тепловая мощность реактора ,
• число включений .

Выполненный расчет полностью совпадает с проведенными ранее расчетами по методу ранжирования, балльных оценок и попарных приоритетов.

У ядерных ракетных двигателей по сравнению с химическими двигателями, имеются преимущества, которые заключаются в высоком показателе тяги и удельного импульса. Если бы испытания и разработки в сфере ядерных ракетных двигателей продолжались, человечеству были бы доступны полеты на близлежащие планеты Солнечной системы на данном этапе.

Тем не менее, нужно помнить о пагубном воздействии компонентов ядерного топлива на экологию и загрязнение атмосферы Земли. В связи с этим, вопреки разработке и созданию действующих моделей ракетного двигателя, задействован ни один из них за пределами научных баз и лабораторий так и не был. Возможности у ядерных двигателей наивысшие, тем не менее опасность, связанная с их использованием, тоже довольно значительная, в связи с этим, они существуют пока только в проектах.

Список литературы:

1. Акимов В.Н., Коротеев А. С., Гафаров А.А. и др. Ядерные ракетные двигатели: воспоминания о будущем // Исследовательский центр имени М. В. Келдыша. 1933-2003: 70 лет на передовых рубежах ракетно-космической техники. – М: Машиностроение, 2003. –  с. 190 – 209.
2. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа : учеб.пособие для вузов по специальности «Прикл. математика» / Н.Н. Моисеев. - Изд. 2-е. – М: ЛИБРОКОМ, 2012. –  с. 487.