ПРИМЕЧАНИЕ. Здесь не место ставить под сомнение принципиальную жизнеспособность ядерных двигателей в самолетах и космических кораблях.
Для контекста, в космическом самолете, чем выше скорость, которую вы можете достичь при воздушном дыхании, тем лучше, поскольку они по своей природе более эффективны, чем ракетные двигатели. Как в воздушно-реактивных, так и в ракетных двигателях использование ядерного источника тепла обещает гораздо более высокую эффективность, чем химическое, с потенциально достижимым почти бесконечным удельным импульсом и ~ 1200 секунд соответственно. Однако для любого турбореактивного двигателя основными ограничениями скорости являются температура на входе в компрессор и максимальная температура горячей секции. В химических реактивных двигателях плотность энергии топлива накладывает жесткие ограничения на последнее. Однако даже воображаемые ядерные турбореактивные двигатели имеют те же ограничения из-за материальных ограничений их конструкции.
Таким образом, чтобы увеличить скорость турбореактивного двигателя, компрессор должен активно охлаждаться, а температура горячей секции должна повышаться сверх того, что обычно возможно. Эти проблемы потенциально могут быть решены за счет использования воздушно-реактивного аналога цикла LANTR (ядерная тепловая ракета с жидким кислородом) с элементами SABRE. Во-первых, жидкий водород, который позже будет использоваться в ракетных двигателях, будет прокачиваться через секцию компрессора, снижая его температуру, а также восстанавливая его тепловую энергию. Это также поможет повысить тепловую эффективность ядерного реактора. Во-вторых, этот горячий газообразный водород будет прокачиваться через сопло, охлаждая его и регенерируя больше тепла. Затем это будет впрыскиваться в горловину сопла. Очень горячий водород и чрезвычайно горячий воздух, предварительно нагретый ядерным оружием, воспламеняются при астрономических температурах.
Таким образом, вопрос можно расширить и перефразировать следующим образом: будет ли такой двигатель «LHANTTJ» (ядерный тепловой турбореактивный двигатель с жидким водородом) на самом деле производить более высокий удельный импульс, чем последующая чисто ракетная ступень, и более высокую скорость истечения, чем достижимая через предыдущий чисто ядерный ТРД этап? Кроме того, будут ли системы стоить дополнительного веса?
Изменить: если ответ на первый элемент приведенного выше вопроса «да», то насколько примерно будут больше скорость выхлопа и удельный импульс?
Я предполагаю, что цель состоит в том, чтобы выйти на орбиту с помощью гибрида ядерного турбореактивного двигателя и ядерной тепловой ракеты.
Имейте в виду, что молекула H2O значительно тяжелее, чем H2, поэтому смешивание водорода с кислородом вряд ли улучшит V_exh, даже если это несколько повысит температуру.
Исходя из этого, я предполагаю, что ответ отрицательный, и что лучшее решение для вашего гибрида — это достичь максимально быстрого стационарного состояния в качестве турбореактивного двигателя, а затем развернуться и покинуть атмосферу в виде ядерной ракеты.
Нет.
LANTR также не увеличил ISP. Его преимущество заключалось в том, что он имел повышенную тягу (относительно как веса, так и стоимости). Ответ @rokomijic объясняет, почему это не так:
Скорость выхлопа ( ) пропорциональна квадратному корню из температуры по массе частицы. Как:
Химическое соединение с различными молекулами может увеличить но и увеличится (на большую долю, если вы начинаете с H2). Учитывая, что ядерная энергия уже сильно нагревает вещи, вам потребуется очень большое повышение температуры, чтобы вернуть скорость истечения к «чистой» ядерной ракете. Намного больше, чем может достичь сжигание.
Но это не делает его плохой идеей, преимущество в том, что при заданной тяге вы получаете более легкий и дешевый двигатель.