الدفع النووي

تُعدّ مفاعلات الماء المضغوط أكثر المفاعلات شيوعاً في السفن والغواصات. يوضح الرسم التخطيطي مبادئ التشغيل. المبرد الأساسي باللون البرتقالي، والمبرد الثانوي (البخار ثم ماء التغذية) باللون الأزرق.

تشمل أنظمة الدفع النووي طيفًا واسعًا من أساليب الدفع التي تستخدم نوعًا من التفاعلات النووية كمصدر رئيسي للطاقة. [ 1 ] تستخدم العديد من حاملات الطائرات والغواصات حاليًا مفاعلات نووية تعمل باليورانيوم ، قادرة على توفير الدفع لفترات طويلة دون الحاجة إلى إعادة التزود بالوقود. كما توجد تطبيقات في قطاع الفضاء، حيث تُستخدم المحركات النووية الحرارية والكهربائية ، والتي قد تكون أكثر كفاءة من محركات الصواريخ التقليدية.

تعود فكرة استخدام المواد النووية للدفع إلى مطلع القرن العشرين. ففي عام ١٩٠٣، طُرحت فرضية مفادها أن مادة الراديوم المشعة قد تكون وقودًا مناسبًا لمحركات السيارات والطائرات والسفن. [ ٢ ] وقد استلهم إتش جي ويلز هذه الفكرة في روايته " العالم المتحرر" التي نُشرت عام ١٩١٤. [ ٣ ]

السفن السطحية والغواصات والطوربيدات

يو إس إس نيميتز (CVN-68)   ، السفينة الرائدة في فئة حاملات الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية نيميتز
غواصة تعمل بالطاقة النووية من فئة دلتا

تتكون السفن التي تعمل بالطاقة النووية بشكل رئيسي من غواصات عسكرية وحاملات طائرات . [ 1 ] روسيا هي الدولة الوحيدة التي تمتلك حاليًا سفنًا سطحية مدنية تعمل بالطاقة النووية، معظمها كاسحات جليد . يمتلك الأسطول الأمريكي حاليًا (حتى عام 2022) 11 حاملة طائرات و70 غواصة في الخدمة، جميعها تعمل بالمفاعلات النووية. لمزيد من التفاصيل، انظر:

الاستخدام البحري المدني

الاستخدام البحري العسكري

نسف

بثت قناة روسيا الأولى الإخبارية صورةً وتفاصيلَ لطوربيد نووي يُدعى " ستاتوس-6" في حوالي 12 نوفمبر/تشرين الثاني 2015. وذكرت القناة أن مدى الطوربيد يصل إلى 10,000  كيلومتر، وسرعته 100 عقدة، وعمقه التشغيلي يصل إلى 1000 متر تحت سطح الماء. وكان الطوربيد يحمل رأسًا نوويًا بقوة 100 ميغا طن. [ 4 ]

كان أحد الاقتراحات التي ظهرت في صيف عام 1958 من الاجتماع الأول للمجموعة الاستشارية العلمية التي أصبحت فيما بعد مشروع جيسون هو "طوربيد يعمل بالطاقة النووية ويمكنه التجول في البحار إلى أجل غير مسمى تقريبًا". [ 5 ]

الطائرات والصواريخ

صورة لنظام دفع نووي للطائرات ، يُعرف باسم HTRE-3 (تجربة مفاعل نقل الحرارة رقم 3). حلّ المفاعل المركزي، المُعتمد على مفاعل EBR-1 ، محل احتراق الوقود الكيميائي لتسخين الهواء. رفع المفاعل درجة الحرارة بسرعة عبر مبادل حراري هوائي ، وزوّد محركي J47 بالطاقة في عدد من الاختبارات الأرضية. [ 6 ]

خلال الحرب الباردة، سعت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي إلى إجراء أبحاث حول الطائرات التي تعمل بالطاقة النووية، إذ كان من المفترض أن تُمكّن هذه الطائرات الدول من إبقاء قاذفاتها النووية في الجو لفترات طويلة للغاية، وهو تكتيك مفيد للردع النووي . إلا أن أياً من البلدين لم يُنتج أي طائرة نووية عاملة. [ 1 ] ومن بين المشكلات التصميمية التي لم تُحل بشكل كافٍ، الحاجة إلى دروع واقية سميكة لحماية الطاقم من التسمم الإشعاعي . ومنذ ظهور الصواريخ الباليستية العابرة للقارات في ستينيات القرن الماضي، تضاءلت الميزة التكتيكية لهذه الطائرات بشكل كبير، وأُلغيت المشاريع ذات الصلة. [ 1 ] ونظراً لخطورة هذه التقنية بطبيعتها، لم تُؤخذ في الاعتبار في سياقات غير عسكرية. كما خضعت الصواريخ التي تعمل بالطاقة النووية للأبحاث، ثم تم استبعادها خلال الفترة نفسها. [ 1 ]

الطائرات

الصواريخ

مركبة فضائية

يرتكز جاذبية الدفع والطاقة النووية في الفضاء على الكفاءة النظرية للطاقة والقدرة على التحمل التي يمكن توفيرها بواسطة نظام نووي، مما يُمكّنه من العمل لمسافات طويلة. [ 8 ] ومع ذلك، تُعدّ الأنظمة اللازمة لحماية البشر في كلٍ من مرحلتي الإطلاق والتشغيل من الفضائي من العوائق الكبيرة. وقد اقتُرحت أنواع عديدة من الدفع النووي على النحو التالي. [ 9 ]

الدفع النبضي النووي

صاروخ حراري

تُجري الصواريخ النووية الحرارية ثنائية النمط تفاعلات انشطار نووي مماثلة لتلك المستخدمة في محطات الطاقة النووية، بما في ذلك الغواصات. وتُستخدم الطاقة الناتجة لتسخين وقود الهيدروجين السائل. المركبة الموضحة هي "كوبرنيكوس"، وهي مرحلة علوية قيد التصميم لنظام إطلاق الفضاء (2010). [ 12 ]

تُجري الصواريخ النووية الحرارية ثنائية النمط تفاعلات انشطار نووي مماثلة لتلك المستخدمة في محطات الطاقة النووية، بما في ذلك الغواصات. تُستخدم الطاقة الناتجة لتسخين وقود الهيدروجين السائل. [ 13 ] يشير مؤيدو المركبات الفضائية التي تعمل بالطاقة النووية إلى أنه عند الإطلاق، لا ينبعث أي إشعاع تقريبًا من المفاعلات النووية. لا تُستخدم الصواريخ التي تعمل بالطاقة النووية للإقلاع من الأرض. توفر الصواريخ النووية الحرارية مزايا أداء كبيرة مقارنةً بأنظمة الدفع الكيميائي. يمكن أيضًا استخدام مصادر الطاقة النووية لتزويد المركبة الفضائية بالطاقة الكهربائية اللازمة للعمليات والأجهزة العلمية. [ 12 ] أمثلة:

رام جيت

نووي مباشر

الطاقة النووية

الدفع الكهربائي النووي هو نوع من أنظمة دفع المركبات الفضائية ، حيث يُولّد مفاعل نووي طاقة حرارية تُحوّل إلى طاقة كهربائية ، تُستخدم لتشغيل دافع أيوني أو تقنية دفع كهربائية أخرى للمركبات الفضائية . [ 15 ] أمثلة على الأنظمة الكهربائية النووية:

المركبات البرية

السيارات

تعود فكرة صنع سيارات تستخدم مادة الراديوم المشعة كوقود إلى عام 1903 على الأقل. وقد أشار تحليل المفهوم في عام 1937 إلى أن سائق مثل هذه السيارة قد يحتاج إلى حاجز من الرصاص يزن 50 طنًا لحمايته من الإشعاع . [ 24 ]

في عام ١٩٤١، طرح الفيزيائي آر إم لانجر من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا فكرة سيارة تعمل باليورانيوم-٢٣٥ في عدد يناير من مجلة "بوبيولار ميكانيكس" . تبعه ويليام بوشنيل ستاوت ، مصمم سيارة ستاوت سكاراب والرئيس السابق لجمعية المهندسين ، في ٧ أغسطس ١٩٤٥ في صحيفة "نيويورك تايمز" . إلا أن مشكلة حماية المفاعل ظلت تُعيق تطبيق الفكرة. [ ٢٥ ] في ديسمبر ١٩٤٥، أعلن جون ويلسون من لندن أنه ابتكر سيارة ذرية، مما أثار اهتمامًا كبيرًا. حضر وزير الوقود والطاقة، برفقة حشد كبير من الصحفيين، لمعاينتها. لكن السيارة لم تظهر، وادعى ويلسون أنها تعرضت للتخريب. وفي قضية لاحقة، ثبت أنه محتال، وأنه لا وجود لسيارة تعمل بالطاقة النووية. [ ٢٦ ] [ ٢٧ ]

على الرغم من مشكلة الحماية، استمر النقاش حول إمكانية تصنيع سيارات تعمل بالطاقة النووية خلال أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات. وقد ساهم تطوير الغواصات والسفن التي تعمل بالطاقة النووية، والتجارب التي أُجريت لتطوير طائرة تعمل بالطاقة النووية في ذلك الوقت، في إبقاء الفكرة قائمة. [ 28 ] وفي منتصف الخمسينيات، أفادت صحف روسية بتطوير سيارة تعمل بالطاقة النووية على يد البروفيسور ف. ب. رومادين، ولكن مرة أخرى، أثبتت الحماية أنها مشكلة. [ 29 ] وزُعم أن مختبراته قد تغلبت على مشكلة الحماية باستخدام سبيكة جديدة تمتص الأشعة. [ 30 ]

في عام 1958، في ذروة ثقافة السيارات الأمريكية في خمسينيات القرن العشرين، طُرحت أربع سيارات نموذجية تعمل بالطاقة النووية على الأقل ، وهي: فورد نيوكليون الأمريكية ، وستوديبيكر باكارد أسترال ، بالإضافة إلى سيمكا فولغور الفرنسية التي صممها روبرت أوبرون [ 31 ] [ 32 ] ، وأربيل سيميتريك . وباستثناء هذه النماذج، لم يُبنَ أي منها، ولم تُصنع أي محطات طاقة نووية للسيارات. وكان مهندس كرايسلر، سي آر لويس، قد استبعد الفكرة عام 1957، استنادًا إلى تقديرات تشير إلى أن محركًا يزن 36,000 كيلوغرام (80,000 رطل) سيتطلبه محرك لسيارة وزنها 1,400 كيلوغرام (3,000 رطل) . وكان يرى أن وجود وسيلة فعالة لتخزين الطاقة ضروري لجعل الطاقة النووية عملية. [ 33 ] وعلى الرغم من ذلك، قام مصممو كرايسلر عام 1958 برسم بعض التصاميم المحتملة.    

في عام 1959، أفادت التقارير أن شركة جوديير للإطارات والمطاط قد طورت مركباً مطاطياً جديداً خفيف الوزن يمتص الإشعاع، مما يغني عن الحاجة إلى دروع واقية ثقيلة. ورأى أحد الصحفيين آنذاك أن هذا قد يجعل السيارات والطائرات التي تعمل بالطاقة النووية أمراً ممكناً. [ 34 ]

صنعت شركة فورد نموذجًا آخر يحتمل أن يعمل بالطاقة النووية في عام 1962 لمعرض سياتل العالمي ، وهو فورد سياتل-آيت XXI . [ 35 ] [ 36 ] ولم يتجاوز هذا النموذج أيضًا المفهوم الأولي.

في عام 2009، بمناسبة الذكرى المئوية لاستحواذ جنرال موتورز على كاديلاك ، ابتكر لورين كوليسوس تصميمًا فنيًا يصور سيارة تعمل بالثوريوم . [ 37 ]

آخر

كانت دبابة كرايسلر TV-8 نموذجًا تجريبيًا صممته شركة كرايسلر في خمسينيات القرن العشرين. [ 1 ] كان من المفترض أن تكون دبابة متوسطة تعمل بالطاقة النووية وقادرة على خوض الحروب البرية والبرمائية. لم يُنتج هذا التصميم بكميات كبيرة قط. [ 38 ]

كانت القاطرة X-12 قاطرة تعمل بالطاقة النووية، وقد تم اقتراحها في دراسة جدوى أجريت عام 1954 في جامعة يوتا. [ 39 ]

يتم تزويد مركبتي المريخ كيوريوسيتي وبيرسيفيرانس بالطاقة بواسطة مولد كهروحراري يعمل بالنظائر المشعة (RTG)، مثل مركبتي الهبوط الناجحتين على سطح المريخ فايكينج 1 وفايكينج 2 في عام 1976. [ 40 ] [ 41 ]

انظر أيضاً

للمزيد من القراءة

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 تراكيمافيتشوس، لوكاس. "الدور المستقبلي للدفع النووي في المجال العسكري" (ملف PDF) . مركز التميز لأمن الطاقة التابع لحلف الناتو . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 18 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أكتوبر 2021 .
  2. "بعض الاستخدامات العملية لأشعة الراديوم" . سانت لويس، ميزوري: صحيفة سانت لويس ريبابليك. 13 سبتمبر 1903. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مارس 2025 عبر موقع newspapers.com.
  3. إتش جي ويلز (1956). العالم المتحرر . لندن وغلاسكو: كولينز. ​​ص 51. تم الاطلاع عليه في 22 مارس 2025 . 
  4. روسيا تكشف عن طوربيد نووي عملاق في "تسريب" للتلفزيون الرسمي ، بي بي سي نيوز، 12 نوفمبر 2015 - تم الاطلاع عليه في 27 نوفمبر 2015
  5. "جيسون: هل يستطيع أحد المحاربين في الحرب الباردة إيجاد عمل؟" . مجلة ساينس . المجلد 254، العدد 5036. 29 نوفمبر 1991. ص 1284. تم الاطلاع عليه في 22 مارس 2025 .   
  6. ثورنتون، ج.؛ بلومبيج، ب. (يناير 1961). "تجارب مفاعل نقل الحرارة للدفع النووي للطائرات تحقق أهداف الاختبار". نيوكلونيكس . 19 (1). ماكجرو هيل. ISSN 0096-6207 . 
  7. جادي، فرانز ستيفان (2 مارس 2018). "روسيا تكشف عن صاروخ كروز نووي "لا يمكن إيقافه" . مجلة الدبلوماسي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 مارس 2018 .
  8. آشلي ميكس (15 مارس 2013). دراسة استقصائية لتقنيات الدفع النووي لتطبيقات الفضاء (تقرير). جامعة ستانفورد . تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 .
  9. موكل، دبليو إي (أغسطس 1969). أنظمة الدفع لاستكشاف النظام الشمسي المأهول (NASA TM X-1864) (PDF) (تقرير). الإدارة الوطنية الأمريكية للملاحة الجوية والفضاء . تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2023 .
  10. شميدت، جي آر؛ بونوميتي، جيه إيه؛ مورتون، بي جيه (يوليو 2000). الدفع النبضي النووي: أوريون وما وراءها (AIAA 2000-3856) (ملف PDF) (تقرير). المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية . تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2023 .
  11. الدفع البلازمي النبضي الخارجي (EPPP) (ملف PDF) (تقرير). ناسا. 1 يناير 1999. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2023 .
  12. ١ ٢ للتواصل: جينيل سي. ستيل (١٥ يوليو ٢٠٠٥). "دراسة نظام الدفع الصاروخي النووي الحراري ثنائي النمط لمهام استكشاف المريخ البشرية ذات الجاذبية الاصطناعية الغنية بالطاقة" . مركز أبحاث وتكنولوجيا غلين التابع لناسا. مؤرشف من الأصل في ١٩ فبراير ٢٠٠٦. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٨ يوليو ٢٠٠٩ .
  13. ستانلي ك. بوروفسكي؛ روبرت ر. كوربان؛ ميليسا ل. ماكغواير؛ إريك ج. بيك (سبتمبر 1993). خيارات تصميم الصواريخ/المركبات النووية الحرارية لبعثات ناسا المستقبلية إلى القمر والمريخ (NASA-TM-0107071) (ملف PDF) (تقرير). ناسا . تاريخ الاطلاع: 23 مارس 2025 .
  14. الدفع النووي الفضائي: ناسا 1968. ناسا . تم الاطلاع عليه في 22 مارس 2025 .
  15. ديفيد بودن (2011). أنظمة الطاقة الكهربائية الناتجة عن الانشطار النووي الفضائي . دار بولاريس للنشر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مارس 2025 .
  16. راندال، تايلور (1 أكتوبر 2005). التقرير النهائي لمشروع بروميثيوس (تقرير). ناسا . تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 .
  17. «وكالة الفضاء الروسية تعلن عن خطط لبناء صاروخ فضائي يعمل بالطاقة النووية» . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2017 .
  18. "روسيا والولايات المتحدة تناقشان مشروع مركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية" . space-travel.com . 5 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مارس 2025 .
  19. فريد وير (9 أكتوبر 2009). "الروس سيركبون مركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية إلى المريخ" . صحيفة كريستيان ساينس مونيتور . تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 .
  20. بيج، لويس (5 أبريل 2011). "روسيا ووكالة ناسا تعقدان محادثات حول مركبات فضائية تعمل بالطاقة النووية. يمتلك سكان موسكو الجرأة لكن ليس لديهم المال" . ذا ريجستر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2013 .
  21. "مقابلة: الأكاديمي أناتولي كوروتييف - نظرة متعمقة على نظام الدفع النووي الروسي" (ملف PDF) . مجلة علوم وتكنولوجيا القرن الحادي والعشرين. العدد: خريف/شتاء 2012-2013. القرن الحادي والعشرين. 3 ديسمبر 2012. تاريخ الاطلاع: 26 ديسمبر 2013 . 
  22. "قد يتم تطوير نظام دفع فضائي لمهمة المريخ في غضون 6-9 سنوات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 5 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يوليو 2011 .
  23. أليكسيس مادريغال (3 نوفمبر 2009). "روسيا تتصدر سباق الفضاء النووي بعد انسحاب الولايات المتحدة" . وايرد . تم الاطلاع عليه في 22 مارس 2025 .
  24. مجلة العلوم، الأعداد من 1 إلى 12، نادي العلوم بجامعة ملبورن، جامعة ملبورن، 1937، صفحة 22
  25. مجلة السيارات الفصلية، المجلد 31، العدد 1، 1992، الصفحات 14-29
  26. "تخريب أول سيارة تعمل بالطاقة الذرية"" . كوينزلاند، أستراليا: صحيفة تاونزفيل ديلي بوليتين. 3 ديسمبر 1945. ص  2. تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 عبر موقع Newspapers.com."
  27. "خدعة السيارة الذرية - مخترع مسن يُحكم عليه بالسجن" . كوينزلاند، أستراليا: كيرنز بوست. 22 يوليو 1946. ص 3. تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 - عبر موقع Newspapers.com. 
  28. «بينسون فورد يطرح تحدياً بشأن السيارات التي تعمل بالطاقة الذرية» . صحيفة بروكلين ديلي إيجل . 2 أكتوبر 1951. ص 3. تم الاطلاع عليه في 4 يونيو 2015 عبر موقع Newspapers.com . أيقونة الوصول المفتوح
  29. "روس يدّعي اختراع السيارة الذرية، لكن السائقين قد يموتون" . سانتا آنا، كاليفورنيا: ذا ريجستر. 20 فبراير 1955. ص 43. تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 عبر موقع Newspapers.com. 
  30. «علماء روس يدّعون امتلاك سيارة تعمل بالطاقة الذرية» . فيكتوريا، تكساس: صحيفة فيكتوريا أدفوكيت. 30 يناير 1955. ص 12. تاريخ الاطلاع: 23 مارس 2025 . 
  31. "السيارات المشعة في القرن العشرين" . مؤرشف من الأصل في 26 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه في 26 أبريل 2012 .
  32. "توقع واحد Simca : لا "fulgur" ( بالفرنسية) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أبريل 2012 .
  33. "مواكبة الذرة: السيارة التي تعمل بالطاقة الذرية" . مجلة الميكانيكا الشعبية . مجلات هيرست. أبريل 1957. ص 141. 
  34. راي كروملي (23 يونيو 1959). "جهاز جديد يُسرّع يوم الطائرة التي تعمل بالطاقة الذرية" . لين، ماساتشوستس: صحيفة ذا ديلي آيتم . تم الاطلاع عليه في 23 مارس 2025 عبر موقع newspapers.com.
  35. هانلون، مايك (4 يونيو 2004). "فورد سياتل-آيت: واحدة من أهم السيارات النموذجية في التاريخ" . Gizmag.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أبريل 2012 .
  36. "سيارة فورد سياتل-آيت XXI موديل 1962" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 12 مايو 2013. تم الاطلاع عليها بتاريخ 26 أبريل 2012 .
  37. "مفهوم وقود الثوريوم العالمي من كاديلاك (كاديلاك WTF؟)" . nationalspeedinc.com . 14 يناير 2009. تم الاطلاع عليه في 22 مارس 2025 .
  38. هانيكات، آر بي (1990). تاريخ دبابة القتال الرئيسية الأمريكية، المجلد 2: أبرامز . الولايات المتحدة: بريسيديو. ص 36. ISBN  9780891413882.
  39. أبيل، جي كي؛ بورست، إل بي؛ بوي، دي إم؛ بيتي، كي دبليو؛ ستوفر، بي جيه؛ فان ديلا، إم إيه (1954)، قاطرة ذرية ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 ديسمبر 2023
  40. "مولد الطاقة الكهروحرارية متعدد المهام بالنظائر المشعة" (ملف PDF) . ناسا/مختبر الدفع النفاث. 1 يناير 2008. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 أغسطس 2012. تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2012 .
  41. "استكشاف المريخ: الطاقة والتدفئة بالنظائر المشعة لاستكشاف سطح المريخ" (ملف PDF) . ناسا/مختبر الدفع النفاث. 18 أبريل 2006. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 12 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه في 7 سبتمبر 2009 .