ANMERKUNG: Dies ist nicht der Ort, die grundsätzliche Realisierbarkeit des Nuklearantriebs in Luft- und Raumfahrzeugen in Frage zu stellen.
Je höher die Geschwindigkeiten, die Sie in einem Raumflugzeug unter Luftatmung erreichen können, desto besser, da sie von Natur aus effizienter sind als Raketentriebwerke. Sowohl bei der Luftatmung als auch beim Raketenantrieb verspricht die Verwendung einer nuklearen Wärmequelle eine viel höhere Effizienz als eine chemische, wobei ein nahezu unendlicher bzw. ~1200 Sekunden spezifischer Impuls potenziell erreichbar ist. Für jedes Turbostrahltriebwerk sind jedoch die hauptsächlichen Drehzahlgrenzen die Kompressoreinlasstemperatur und die maximale Temperatur des heißen Abschnitts. Bei chemischen Strahltriebwerken setzt die Energiedichte des Treibstoffs letzterem eine harte Obergrenze. Selbst fiktive nukleare Turbojets haben jedoch aufgrund der Materialbeschränkungen bei ihrer Konstruktion dieselben Einschränkungen.
Um also die Geschwindigkeit eines Turbojets zu erhöhen, muss der Kompressor aktiv gekühlt und die Temperatur des heißen Abschnitts über das normale Maß hinaus erhöht werden. Diese Probleme könnten möglicherweise durch die Verwendung eines Luftatmungsanalogons eines LANTR-Zyklus (Liquid oxygen-Augmented Nuclear Thermal Rocket) mit Elementen von SABRE gelöst werden. Zunächst würde der später im Raketenantrieb verwendete flüssige Wasserstoff durch den Kompressorabschnitt gepumpt, wodurch seine Temperatur gesenkt und gleichzeitig seine Wärmeenergie zurückgewonnen würde. Dies würde auch den thermischen Wirkungsgrad des Kernreaktors unterstützen. Zweitens würde dieses heiße Wasserstoffgas durch die Düse gepumpt, um es abzukühlen und gleichzeitig mehr Wärme zurückzugewinnen. Dieses würde dann am Düsenhals eingespritzt. Der sehr heiße Wasserstoff und die extrem heiße nuklear vorgewärmte Luft würden bei astronomischen Temperaturen verbrennen,
Die Frage lässt sich also so erweitern und umformulieren: Würde ein solches „LHANTTJ“-Triebwerk (Liquid Hydrogen-Augmented Nuclear Thermal TurboJet) tatsächlich einen höheren spezifischen Impuls erzeugen als die nachfolgende reine Raketenstufe und eine höhere Abgasgeschwindigkeit als durch die erreichbare vorherige reinnukleare Turbostrahlstufe? Wären die Systeme auch das zusätzliche Gewicht wert?
Bearbeiten: Wenn die Antwort auf das erste Element der obigen Frage "Ja" lautet, um wie viel wären die Abgasgeschwindigkeit und der spezifische Impuls größer?
Ich gehe davon aus, dass das Ziel darin besteht, mit einem Hybrid aus einem nuklearen Turbojet und einer nuklearen Thermorakete in die Umlaufbahn zu gelangen.
Beachten Sie, dass H2O ein deutlich schwereres Molekül als H2 ist, daher ist es unwahrscheinlich, dass das Mischen Ihres Wasserstoffs mit Sauerstoff V_exh verbessert, selbst wenn es die Temperatur etwas erhöht.
Auf dieser Grundlage gehe ich davon aus, dass die Antwort nein lautet und dass die beste Lösung für Ihren Hybrid darin besteht, als Turbojet den schnellstmöglichen stationären Zustand zu erreichen, dann aufzusteigen und als Atomrakete aus der Atmosphäre zu entkommen.
NEIN.
LANTR hat ISP auch nicht erhöht. Sein Vorteil war, dass es einen erhöhten Schub hatte (im Verhältnis zu Gewicht und Kosten). Die Antwort von @rokomijic gibt den Grund an, warum dies nicht der Fall ist:
Abgasgeschwindigkeit ( ) ist proportional zur Quadratwurzel der Temperatur über der Partikelmasse. Als:
Die chemische Verbindung zu verschiedenen Molekülen kann zunehmen wird aber auch zunehmen (um einen großen Bruchteil, wenn Sie mit H2 beginnen). Angesichts der Tatsache, dass die Kernkraft bereits sehr heiß wird, müssten Sie die Temperatur sehr stark erhöhen, um die Abgasgeschwindigkeit wieder auf die „reine“ Atomrakete zu bringen. Weit über das hinaus, was Verbrennung erreichen kann.
Aber das macht es nicht zu einer schlechten Idee, der Vorteil ist, dass Sie für eine bestimmte Schubanforderung mit einem leichteren, billigeren Motor davonkommen.