17 oktober 2018

Nucleaire motoren in de Amerikaanse en Russische lucht- en ruimtevaart, een terug- en vooruitblik (2)

Van Rorsat naar project Pluto en van rover/NERVA naar Burevestnik. Hier volgt het tweede deel over het gebruik van nucleaire motoren in de lucht- en ruimtevaart van de VS en Rusland. De Sovjets hadden in het verleden hun eigen nucleaire projecten voor de militaire lucht- en ruimtevaart waarvan de Rorsat satelliet de bekendste is.

RORSAT nucleair aangedreven satelliet credits; R. Wittman

Rusland, Rorsat, Tupolev en 1 maart 2018

De Rorsat satellieten (Radar Ocean Reconnaissance Satellites) werden gelanceerd als onderdeel van het uitgebreide Sovjet-Russische KOSMOS ruimteprogramma. De satellieten maakten deel uit van een uitgebreid netwerk voor observatie boven oceanen tijdens de Koude Oorlog. Men ontwierp deze observatiesatelliet met zeer krachtige radar opdat die schepen en onderzeeërs bij alle weersomstandigheden konden worden opgespoord. Het probleem deed zich voor dat door het enorme energieverbruik men zulke grote zonnepanelen zou moeten installeren dat door wrijving in LEO de satelliet het zou begeven. Daarom koos men een kernreactor als energiebron. Deze reactor was gevuld met 50 kg hoogverrijkt uranium-235. Deze Rorsat kreeg vooral bekendheid toen de Kosmos 954 in januari 1978 neerstortte in Canada en met zijn 1250 kg wegende reactor destijds voor grote ophef zorgde. De Sovjets hadden verder ook een keur aan eigen onderling concurrerende designbureaus die trachtten verschillende type nucleair aangedreven bommenwerpers te fabriceren maar geen van allen zou ooit luchtwaardig worden. De eerste poging startte bij het Myasishchev designbureau in 1955, de M-60. Deze was gebaseerd op de M-50 supersonische bommenwerper (NATO aanduiding “Bounder’ schurk). De Sovjets zouden hetzelfde pad als General Electric/Convair volgen. Net als de GE NB-36H Convair had deze M-60 een direct-cycle turbojet. Dit is een open systeem waarin de hitte van de reactor direct de passerende lucht treft. Het is het  simpelste ontwerp, en, zo dacht men, de snelste route naar succes. De keerzijde was dat de lucht die uit de motor komt gevuld is met radioactieve deeltjes.  Echter het vereiste vermogen voor supersonische vluchten zou nooit gehaald worden. Het programma werd in 1955 afgebroken en de enige plek waar het ontwerp op belandde was op de pagina’s van de Aviation Week in 1958. Informatie over het vliegtuig begeleidde het artikel dat claimde dat de Sovjet-Unie een nucleair aangedreven supersonische bommenwerper aan het bouwen was. Tupolev vervolgde met een voorstel voor een versie met een iets verder bereik, de Tu-119. Het was een hybride vliegtuig dat met vier turboprops (n.9) was uitgerust – twee op kerosine motoren en twee op nucleair aangedreven turboprops, resp. de Kuznetsov NK-12 en NK-14A. Deze laatste leek op het PWAR-1 concept. Een gecentraliseerde reactor zou zowel het vermogen genereren om de schroefbladen/compressor te draaien en de door de turbopropmotor uitgeputte lucht te verwarmen. Net als met de Amerikaanse inspanningen werd het Tu-119-programma geannuleerd omdat conventionele vliegtuigen effectiever werden, ICBM’s maakten langeafstandsbommenwerpers minder relevant, en budgetbeperkingen noopten de Sovjets tot pas op de plaats, ze zouden nooit een nucleaire kruisraket proberen. Tot 2018 dan..

Van het voorjaar kwam er, voor het publiek, ineens het nieuws uit Rusland naar buiten over nieuwe en zeer geavanceerde wapens. Het zou gaan om onderwater drones en luchtdoelraketten die aangedreven werden door nucleaire motoren.   Speculaties gingen vrijwel direct de ronde dat Rusland het oude project Pluto (dat juist bedoeld was tegen de Sovjetdefensie) uit de mottenballen had gehaald en iets soortgelijks had gebouwd. Een vliegtuig met nucleaire reactor dat praktisch eindeloos door kan blijven vliegen en zijn wapen kan laten vallen op het voor hem meest uitgelezen moment. President Poetin bracht dit nieuws in zijn jaarlijkse state-of-the-union. Deze nieuwe strategische wapens die ontwikkeld zijn, dienden als antwoord op de ballistische raketten in de maak door de VS.  En naar verluidt zijn inderdaad twee van deze wapens nucleair aangedreven; een intercontinentale nucleaire torpedo en een kruisraket, en laatst genoemde is een laagvliegende raket die door een on-board computer naar zijn doel geleidt wordt. Poetin beschreef ze als kleine, compacte nucleaire reactoren die geïnstalleerd kunnen worden in de Russische X-101 (kH-101/102) een in de lucht gelanceerde raket met een bereik tot 5000 km. Zijn tegenhanger is de Amerikaanse Tomahawk, een soortgelijke raket. Tevens is deze Tomahawk toegerust met stealth (8) eigenschappen die kernkoppen kan dragen en nagenoeg onverslaanbaar voor alle bestaande raketafweersystemen. Veel reacties suggereerden en wezen in maart j.l. erop dat het leek alsof het oude Project Pluto, uit 1957, van de Amerikaanse luchtmacht,  er nu iets soortgelijks door Rusland verder werd getest en verfijnd.  En of dit juist is of niet (de wikipagina ontkent het) was het in 1964 een vooruitziende blik die destijds in 1964, verwoord in het artikel over de beëindiging van Pluto, stelde Pluto te provocatief zou zijn, zie quote laatste zin deel 1).

Defensie en nucleair ontwapeningsexperts, deden zoals het Engelse gezegde luidt ‘a double take’, waren eerst verrast maar bij nader inzien zette het ze toch aan het denken. Edward Geist, een RAND onderzoeker met focus op Rusland liet weten dat het geen bluf was, er zijn zeker testvluchten geweest.  De VS heeft in het verleden aan nucleaire motoren voor bommenwerpers en voor een hypersonische kruisraket gewerkt. Deze programma’s werden afgebroken omdat ze te onpraktisch waren, niet omdat ze niet werkten. Intercontinentale lange afstandsraketten met conventionele motoren zouden voldoen in het leger. Toen Poetin opmerkte dat de testen geslaagd waren, werden defensie experts wel aan het denken gezet. Zou het inderdaad  mogelijk zijn om een compacte nucleaire reactor voor een kruisraket te maken? Vele kernfysici en experts werden geraadpleegd, en hoewel zeker nog niet iedereen overtuigd is dat Rusland echt een nucleair aangedreven kruisraket in de maak heeft, is er genoeg bewijs dat ze er hard aan werken. Een anonieme bron van defensie vertelde recentelijk aan Fox News dat Rusland al verschillende rakettesten in het arctisch gebied heeft gedaan.

Burevestnik of Stormvogel, nucleaire kruisraket artistieke impressie credits; SimplePlanes

Rusland’s defensie leunt zwaar op zijn nucleaire wapens. In diverse artikelen van het Strategic Studies Institute uit Washington over de nieuwe militaire koers of ‘Military doctrine’ periode 2009-2020 in Rusland schrijven verschillende politiek militair analisten waaronder Nicolai Sokov, Rose Gottemoeller, Stephen Cimbala e.v.a. over de hervormingen en verschuivingen van focus bij de Russische krijgsmacht, zeker ook met het oog op opkomende nucleaire machten als China. Een citaat uit de artikelen van Gottemoeller luidt; ‘ The debate over the role of nuclear weapons in Russian national security has been at the center of military reform. Misschien is de aandacht van de nucleaire raket voor interplanetaire missies momenteel verschoven naar nucleaire wapens. Ook al heeft het Russische persbureau Vedomosti gesteld dat de testen vooralsnog ‘een electrical layout’ (n.3 deel 1, NEP) hebben en nog geen nucleaire reactor. Technologie onderzoek op het gebied van kleine reactoren voor de ruimtevaart en wapens is in volle gang. Het leger onderzoekt kleine modulaire reactoren voor high-energy wapens. Rusland continueert onderzoek naar gesmolten zout reactoren. En het gerucht gaat dat de nucleaire torpedo hiermee is uitgerust. Met een lood-bismut reactor die in 2017 uitvoerig getest is. Rusland heft dit type reactoren voor de marine ontwikkeld. De Sovjet Alfa klasse onderzeeërs waren hiermee uitgerust, maar hebben een hoog gewicht-motormassaverhouding. Het oude type is een jaar geleden ontmanteld en een nieuw type ontwikkeld. Zo een lood-bismut reactor zou ideaal zijn voor een kleine onderwaterdrone. Echter niet voor een kruisraket. De Tomahawk genereert bij een kruissnelheid van 900 km/h, 3.1 kN en 766 kW. Volgens deskundigen is het goed mogelijk dat een kleine reactor van 1 MW ingebouwd kan worden in een kruisraket. Als de Russische ontwerpers niet hoeven te zorgen voor stralingsprotectie in het ontwerp en het louter voor de militaire luchtvaart ingezet wordt dan kan de raket met een booster op snelheid gebracht worden en de reactor opgestart. En dat brengt ons terug bij Project Pluto/SLAM. Vanuit een ‘deterrence’ of afschrikkingsstandpunt is een nucleaire kruisraket een destabiliserend wapen. Zijn lancering zou niet direct alle alarmbellen doen rinkelen, zijn traject is onvoorspelbaar en lang. Het kan weken van te voren gelanceerd worden voor daadwerkelijk tot de aanval wordt overgegaan, en ook gebieden vermijden waar hij makkelijk gedetecteerd kan worden. In de tussentijd zou de SLAM overal voor fall-out zorgen ongeacht of het überhaupt zou aanvallen. En het is precies zoals men in 1964 voorzien had, dat dit wapen zo provocatief is dat het eerder een ‘first strike’ wapen is dan ter afschrikking.

Mars in zes weken? credits; Sputnik

Forums

Enkele reacties gevonden op open forums over dit onderwerp geven eigenlijk exact weer hoe de afgelopen twee jaar eerst de aankondiging gedaan werd over nucleaire reactoren voor de Russische ruimtevaart, dit thema vervolgens in een lange stilte verviel om nu weer op te duiken maar dan vooreerst om ze te gebruiken bij wapens. Dit zou zo is in enkele reacties te lezen voornamelijk een financiële afweging zijn:

‘For many years I am watching posts on one space-related Russian forum where people discuss creation of nuclear electric propulsion rocket, several years ago this forum was pretty active but then came the news that military took over this project and since that time we had no information about it at all (beside that the project still existed and was funded by state). As I understand, the idea of this nuclear electric rocket was to use nuclear reactor similar to what we have in submarines to generate at least one megawatt of electricity to power ion thrusters. Such rocket can get people to Mars in 6 weeks. …In 2016 there were news that some space tests may happen in 2018… but now no news about that for a long time… looks like all is classified now, maybe this reactor will be used to produce electricity for example for powerful military orbital radar instead of ion thrusters… unfortunately Russia has not enough money to fund both military and space exploration projects…’

Het antwoord hieronder verwoord inderdaad juist dat er in 2010 geld beschikbaar is gesteld voor de verdere ontwikkeling van de nucleaire ruimtevaart. Dit is consistent met alle berichtgeving hierover van Lanin tot Wired en het berichtje in het Technisch Weekblad. Een van de antwoorden luidde;

 ‘Generally, space engineers in Russia are sceptical about using chemical rockets for trips to Mars. Nuclear rockets (with electric ion propulsion or superheated hydrogen) can get humans to Mars within 6 weeks instead of many months, so space radiation becomes less of an issue as well as food and environmental requirements. Russia is also working on a nuclear rocket that would generate electricity for a plasma thruster. The specific thrust of such a system could be 20 times that of current chemical rockets, cutting the time to travel to Mars to just over a month.The Russian project to develop the nuclear thrust module began in 2010 with a budget of RUB17 billion ($532 million) and a plan to launch in 2018. The majority of this is allocated to Rosatom’s development of the reactor unit, which should be ready for testing in 2017. If this article is correct, it’s nuclear electric propulsion (NEP), not nuclear thermal. The reactor would generate electricity and use that to ionize atoms of probably xenon and then accelerate them to high speed using high voltage electrode grids. The electrical power would also be available to the crew.’

Eerste ontwerp van satelliet met nucleaire reactor sinds Rorsat credits; Sputnik

In de bovenstaande artikelen uit 2016 e.v. zou de Russische nucleaire motor in 2025 een eerste testvlucht moeten gaan doen. Maar testen zijn er dan vooralsnog voor zover we weten alleen op het gebied van wapens gedaan. Alhoewel er vorig jaar ook het bericht uitkwam in o.a. Popular Mechanics over een nieuwe nucleair aangedreven satelliet, gefabriceerd door KB Arsenal Dit bedrijf is bezig hiervoor een ontwerp maken dat in de loop van 2018 klaar zou moeten zijn. Het ontwerp zal tevens voorzien worden van een laser systeem dat gebruikt gaat worden om andere satellieten en ruimtesondes op te laden. KB Arsenal is gezeteld te St. Petersburg en is gecontracteerd door Roskosmos om de satlliet te maken. De reactor zou tussen de 100 en 1000 kW moeten gaan genereren. Maar of er nu een Russisch Project Pluto op stapel staat, een nieuwe nucleaire satelliet of raket voor korte Mars vluchten met een door een reactor ondersteunde ionenmotor, dat blijft dus vooralsnog  enigszins in het ongewisse. Het lijkt zoals hierboven aan de hand van de artikelen en berichtgeving op de forums gesteld wordt dat men in Rusland zeer voorzichtig manoeuvreert tussen wapens en civiele ruimtevaart alsook niet aflatende aandacht voor nucleaire energiecentrales die de nodige roebels kosten. En mocht het ‘Russische Project Pluto’ o.i.d. een succes blijken te zijn, hoe staat het dan met de Russische tegenhanger van de ‘rover/NERVA’ project, dat door Rosatom met de naam Burevestnik ‘Stormvogel’ is gedoopt? Vooralsnog meer vragen dan antwoorden, blijft er weinig over dan dat het voor het publiek vooralsnog wachten is op het moment dat Rusland óf de VS naar buiten komt met eerste grondtesten van een nucleaire motor voor interplanetaire reizen. De tijd zal het leren.. Bronnen; Arstechnica, Mark D.Bowles, NASA’s Nuclear Program at Plum Brook Station 1955-2005, Wired, Technisch Weekblad, Rosatom, Bloomberg, Fourmilab.Pluto, Popular Mechanics.

(n.8) Stealth; deze technologie die ook wel laag waarneembare technologie wordt genoemd (LO-technologie) is een subdiscipline van militaire tactieken en passieve elektronische tegenmaatregelen die een reeks technieken bestrijken die worden gebruikt met personeel, vliegtuigen, schepen, onderzeeërs, raketten en satellieten om ze minder zichtbaar te maken voor radar, infrarood, sonar en andere detectiemethoden. Het komt overeen met militaire camouflage voor deze delen van het elektromagnetisch spectrum

(n.9) Een turbopropmotor is een turbinemotor die een vliegtuigpropeller aandrijft. In de eenvoudigste vorm bestaat een turboprop uit een inlaat, compressor, verbrandingskamer, turbine en een voortstuwingsmondstuk. Lucht wordt in de inlaat gezogen en gecomprimeerd door de compressor. Brandstof wordt dan toegevoegd aan de samengeperste lucht in de verbrander, waar het brandstof-luchtmengsel verbrandt.

Reacties

  1. Jan Brandt zegt:

    Hoi Angele….Wederom heel fijn en zeer “techno-boeiend” leesvoer!!

  2. Angele van Oosterom zegt:

    Dank je Jan, of eigenlijk moet ik zeggen ‘thanks / spasieba’!

  3. Da, spasiba balshoje, ochen intresna! Ya se udovolctvijem prachital statjoe.

    Als er een nieuwe koude oorlog boven ons hoofd hangt zoals sommige vrezen, dan hoop ik dat die dan toch in ieder geval weer gepaard gaat met een nieuwe space race en veel technologische ontwikkelingen die we voor vreedzamere doeleinden kunnen benutten. En dat ‘ie koud bliift natuurlijk.

  4. Angele van Oosterom zegt:

    Ja, dat is een altijd een soort van ‘ongemakkelijke’ constatering, maar het is in ieder geval algemeen bekend. dat de lijst met technologie ontwikkelingen met zijn oorsprong in wapenontwikkeling lang is. Een goede review over dit thema verder verscheen onlangs op de site van Jeff Foust, hierin behandelt hij het boek van Neil Degrass Tyson en Avis Lansg ‘Accessory to War, An unspoken alliance between Astrophysics and the Military,’ Norton. 2018, 576 pag. In het kort komt de review van Foust (m.i. een van de beste ruimtevaartjournalisten) dat het boek informatief, soms iets te detaillistisch maar wel een goed beeld geeft.

    Ook de review commentaren zijn interessant, zie o.a. bv de laatste in reeks over gamma uitbarstingen;Gamma ray bursts (GRBs) were discovered by Vela satellites monitoring for Soviet atomic bomb tests on the lunar farside.’

    10/9/2018 ; http://thespacereview.com/article/3565/1

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.