В КОСМОС НА ПАРОЛЕТЕ
Идея использования в ракетно-космической технике нового источника энергии возникла неожиданно в процессе изучения свойств карбокорундовых огнеупоров, применяемых в тепловых агрегатах стекольной промышленности, при их взаимодействии с расплавами силикатов щелочных металлов. Результаты работы опубликованы в 1984 году в журнале <Известия АН СССР. Неорганические материалы> (т. 20, ? 1). Оказалось, что протекающие реакции носят цеп-ной характер и сопровождаются значительным выделением тепла. Например, при расщеплении 1 кг силиката натрия Nа2О - 3SiO2 выделится приблизительно 8,5 Мккал, что в тысячу раз больше, чем при сгорании 1 кг керосина. Рабочим веществом в таком физико-химическом реакторе должны служить высокомодульные силикаты, а кремнийбескислородные соединения - инициировать цепную реакцию. Применять необходимо силикаты вида М2О - еSiO2, где М - щелочной металл (Nа, К), а е=3; 4 соответственно. Запускают реакцию соединения типа SiR, где R - углерод или азот. Упомянутый Na2O ЗSiO2, известный как силикат-глыба, выпускается отечественной промышленностью в количестве около 1,5 млн. т в год по цене менее 100 руб. за тонну. Образуется он из соды и песка. При этом затрачивается энергии примерно в 2,5 тыс. раз меньше того ее количества, что выделяется затем в процессе цепной реакции. Как же происходит распад вещества в предлагаемом физикохимическом реакторе? Вначале требуется подвести энергию, необходимую для расплавления части силиката натрия.

После этого расход тепла не нужен, так как в контакте с кремнийбескислородным веществом (расщепляющее вещество - смесь карбида и нитрида кремния SiC+Si3N4). начнется химическая реакция с выделением тепла, что приведет к расплавлению все большего количества силиката. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока масса реагента в жидкой фазе не станет равной критической. С этого момента начинается цепная реакция, сопровождаемая лавинообразным выделением энергии. Если не управлять этим процессом, то после расплавления всей массы может произойти взрыв (такое случалось на металлургических предприятиях). Как выйти из положения? Выше уже говорилось, что для инициирования и поддержания цепной реакции требуется кремнийбескислородное соединение, например карбид кремния - твердое, тугоплавкое вещество. Именно оно в виде стержней, вводимых в зону расплавленного силиката, определяет скорость распада. При вдвигании стержней в реактор она увеличивается, растет и тепловыделение, при выдвигании - уменьшается. Таким образом, эти стержни будут поддерживать баланс выделяющегося и потребляемого тепла, что предотвратит взрыв и обеспечит необходимую мощность энергоустановки. Вот такой представляется схема нового эффективного источника тепловой энергии. Он особенно выгоден для транспортных средств, так как здесь очень важно, чтобы доля полезного груза в общей массе была как можно больше. Поэтому чем легче энергетическая - установка (вместе с рабочим телом), тем лучше. Даже паровоз может получить вторую жизнь: никаких вредных выбросов, энергия, выделяемая при распаде силиката, почти в тысячу раз больше, чем у угля. Такому локомотиву нужно только заправляться водой да изредка менять активную зону реактора. При этом пар может толкать поршень, а может вращать турбину. Но паровозу надо возить воду с собой, а пароход, самолет или дирижабль используют в качестве рабочего тела окружающую среду: воду, воздух. Им нужен только источник энергии. Примененный в таких транспортных средствах новый реактор приведет к революционным преобразованиям. Кроме всего, это будут экологически чистые средства передвижения. Однако, если предлагаемая энергоустановка выгодна для паровоза, почему ее не установить на ракете? Представим себе в качестве рабочего тела ту же воду. Она из ракетного бака прокачивается через каналы в разогретом реакторе и при высоких давлении и температуре выбрасывается из сопла, создавая тягу. Ракета-носитель с такой двигательной установкой может оказаться более легкой, чем с жидкостным ракетным двигателем. За счет чего? За счет экономии в массе конструкции. Для воды нужен бак емкостью почти в 15 раз меньше, чем для водорода, и в 1,5 раза меньше, чем для керосина. О величине удельного импульса пока говорить рано, но температура в камере сгорания зависит от вида силиката. Скажем, для силикат-глыбы она может составлять около полутора тысяч градусов, для других видов - больше, но в настоящее время их производят в малых количествах - нет потребности. Относительная эффективность предлагаемой системы может быть выше вследствие действия закона сдвига энергии Гиббса. Из него, в частности, следует, что кислород и водород могут прореагировать друг с другом лишь примерно на 60 процентов. А стоимость? Каждому ясно, что цена воды несравненно меньше, чем любых компонентов ракетного топлива, особенно сжиженных газов. Исключаются и многие эксплуатационные проблемы. Рабочее тело пожаро- и взрывобезопасно, безвредно. Если сравнивать с токсичными веществами, то преимущества еще более очевидны. Несомненно и гораздо меньшее вредное воздействие на окружающую среду во время полета. С предлагаемой ракетой нельзя сравнить даже носители с двигателями на кислороде и керосине, при работе которых образуются углекислый и угарный газы и масса примесей. Немаловажно и то, что при использовании возвращаемых ступеней достаточно просто достигается регенерация вещества активной зоны. В результате вновь получается высокомодульный силикат. Безотходная технология значительно снижает стоимость энергоустановки. Эти и многие другие преимущества может дать использование в космической технике нового источника энергии. Разумеется, нужны совместные усилия ученых и практиков из разных областей науки и техники по созданию работоспособной и надежной двигательной установки будущего. Заинтересованные организации уже есть. Нужны практические шаги."

А. КУЛИКОВ, доктор технических наук www.nuclearno.ru
Источник: журнал «Авиация и космонавтика» №8 1991