Wie funktioniert der Treibmittelfluss in einer nuklearen thermischen Rakete?

Ich nehme zuerst eine nukleare Thermalrakete mit einem festen Kern an. Das Funktionsprinzip scheint einfach genug: Bringen Sie Ihr Treibmittel in die Nähe Ihres Kernbrennstoffs, starten Sie eine Reaktion und warten Sie, bis sich aufgrund der Neutronen- (und anderer?) Absorption etwas Wärme / Druck aufbaut. Sobald Sie genug Wärme haben, geben Sie das Treibmittel durch Ihre Düse ab und erhalten Beschleunigung, richtig?

Wenn Sie jedoch Treibmittel freigeben, sinkt der Druck in der Reaktionskammer, sodass Sie es mit etwas frischem Treibmittel aus Ihren Tanks nachfüllen müssen. Ich halte dies für ein schwerwiegendes praktisches Problem, da der Druck in der Kammer immer noch ziemlich hoch ist (idealerweise müssen Sie gegen Ihren Zieldruck arbeiten, wenn Sie einen konstanten Schub erreichen möchten). Nach meinem begrenzten Verständnis scheint es, dass Sie das Treibmittel auf einen noch höheren Druck bringen müssen, um es in die Reaktionskammer zu drücken, was absurd wäre, da Sie es dann direkt durch die Düse pumpen könnten.

Also was übersehe ich hier? Wie bekommt man das Treibmittel in die Reaktionskammer? Bonuspunkte für die Beantwortung derselben für die viel komplizierteren Flüssig- oder Gaskernmotoren.

Ich weiß nicht, ob Sie vielleicht etwas Grundlegendes missverstehen: Der Motor läuft ununterbrochen. Das heißt, Sie halten das Kühlmittel nicht stationär, bis Sie es freigeben, Sie führen es durch einen Kühlkanal, wo es auf dem Weg durch erhitzt wird. Zumindest im Nennbetrieb stagniert die Strömung nirgends.
Natürlich tut es das. Aber ein wenig Diskretisierung hilft manchmal, die Grundlagen zu verstehen ;).
Interessanterweise ist dies ein Problem der fortgeschrittenen Raketenwissenschaft, aber die gleiche Situation tritt in einem Dampfmaschinenkessel auf, und die Grundlagen ihrer Lösungen sind ziemlich ähnlich.
Der Reaktor setzt das Treibmittel nicht unter Druck, sondern erwärmt es. Die Düse wandelt dann heißes Gas mit mittlerem bis hohem Druck in kaltes Gas mit niedrigem Druck und hoher Geschwindigkeit um (wie eine chemische Rakete).

Antworten (1)

Sie haben das gleiche Problem in jeder Rakete. Der Druck am Pumpenausgang muss höher sein als der Kammerdruck. Was Sie vermissen, ist, dass die Dichte Ihres Treibmittels durch Erhitzen abnimmt, sowohl bei chemischen Reaktionen als auch beim Einspeisen durch einen Kernkern.

Bei einer nuklearen thermischen Rakete wird ein Teil des erhitzten (und damit expandierten) Wasserstoffs abgezapft, um eine Turbine anzutreiben, die die Energie zum Antrieb einer Kraftstoffpumpe liefert.

Diagramm einer nuklearen thermischen Rakete

Bildnachweis : Originalzeichnung von Tokino bei Wikimedia Commons, vektorisiert von CommiM bei Wikipedia; lizenziert unter GFDL und CC-By-SA 3.0 .

Gute Antwort. Sie haben diese Skizze nicht nur für mich erstellt, oder? Verstehe ich das richtig: Die Energiemenge, die erforderlich ist, um den flüssigen Wasserstoff auf den erforderlichen Druck zu bringen, ist geringer als die Energiemenge, die der erhitzte Wasserstoff trägt?
@choeger Das Bild stammt aus Wikipedia. Ja, flüssiger Wasserstoff ist um mehrere Größenordnungen dichter als heißer gasförmiger Wasserstoff, daher benötigt er relativ wenig Energie, um ihn unter Druck zu setzen ... "relativ" ist hier das Schlüsselwort. Es ist immer noch eine Menge Energie.
Wenn Sie Bilder aus Wikipedia verwenden, sollten Sie wirklich versuchen, den tatsächlichen Autor anzugeben; Die meisten von ihnen werden von freiwilligen Mitwirkenden gezeichnet, genau wie Sie und ich hier auf Stack Exchange, und die Anerkennung ist alles, was sie bekommen. (Zugegeben, in diesem speziellen Fall war es etwas schwierig, den/die ursprünglichen Autor(en) ausfindig zu machen, da das spezifische Diagramm, das Sie ausgewählt haben, eine modifizierte Version eines früheren ist und die modifizierte Kopie auf verschiedenen Wikimedia-Sites herumgereicht wurde, bevor sie endete an seinem jetzigen Standort. Aber es ist zumindest einen Versuch wert.)
Ich glaube, die Zeichnung ist zu einfach, um den Urheberrechtsschutz zu gewährleisten, also habe ich mich nicht darum gekümmert. Aber danke fürs hinzufügen.
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