Способ ликвидации объектов, содержащих ядерные вещества

Способ ликвидации объектов, содержащих ядерные вещества

Реферат

 

Способ ликвидации объектов, содержащих ядерные вещества. Использование: мероприятия по ракетно-ядерному разоружению, экономически и экологически эффективные средства утилизации отслуживающей ракетно-космической техники. Сущность изобретения: ядерные вещества извлекают из боеголовок межконтинентальных баллистических ракет (МБР), помещают в облегченные защитные оболочки и выводят в космическое пространство для хранения с помощью тех же самых МБР, на которых ранее устанавливались боеголовки. При необходимости м. б. осуществлен доразгон ядерных веществ в оболочках с помощью дополнительных реактивных двигателей. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к способам ликвидации межконтинентальных баллистических ракет (МБР) с ядерными боеголовками (ЯБГ) при ракетно-ядерном разоружении или отслуживших свой срок сохраняемости.

Известны способы ликвидации таких ядерных веществ, как высокоактивные отходы атомных электростанций путем вывода их в космическое пространство [1] Радиоактивные отходы из отработанных тепловыделяющих элементов атомных реакторов с помощью ракет-носителей предлагают направлять к Солнцу, другим небесным телам за пределы Солнечной системы или хранить на специально отведенных для этой цели околоземных орбитах до разработки методов их вторичного использования.

Известно также, что при ликвидации ракет средней и малой дальности в СССР использовали подрыв, в США наземное включение твердотопливных двигателей, небольшое количество ракет было ликвидировано запуском с иными, чем боеголовки, полезными нагрузками. Боеголовки разбирали, извлекали ядерные взрывчатые вещества (ЯВ) для утилизации, а другие составные части разрушали. При этом бесполезно уничтожены дорогостоящие ракеты, утилизация ЯВ не дала достаточной экономической отдачи, но неэнергетические способы утилизации были бы еще менее выгодны. Кроме того, невозможно надежно проконтролировать ликвидацию ядерных веществ.

Наиболее близким по технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ [2] включающий извлечение ядерных веществ из объектов их штатного местонахождения, размещение в защитной оболочке, выведение ядерных веществ в защитной оболочке с помощью носителей в космическое пространство для хранения. В качестве носителя для снижения затрат предлагается использовать многоразовый транспортный космический корабль (МТКК) со стартовой массой свыше 550 т и полезной нагрузкой 10-15 т. Защитной оболочкой является стальной контейнер с толщиной стенки более 150 мм, снабженный дополнительной биологической защитой.

Недостатком способа-прототипа являются высокая стоимость запусков космических носителей, в том числе МТКК, и их недостаточная грузоподъемность, усугубляемая большой массой защитного контейнера. В результате значительно возрастает стоимость электроэнергии АЭС (не менее чем на 0,3 цент/кВ.ч).

Необходимость удаления ядерных веществ в космос обусловлена большим количеством радиоактивных отходов при будущем развитии атомной энергетики порядка тысяч тонн в год, что приводит к росту экологической опасности. Однако для вывода в космос таких количеств потребуются сотни запусков тяжелых носителей в год, что само по себе экологически небезвредно. К тому же проблемы выживания человечества не исчерпываются проблемами ядерной войны и хранения радиоактивных отходов. В ближайшие десятилетия надвинутся другие глобальные угрозы, в первую очередь климатическая катастрофа, вызванная парниковым эффектом из-за накопления в атмосфере углекислого газа от сжигания ископаемых топлив. Последствия климатической катастрофы могут превзойти последствия ядерной войны, причем борьба с парниковым эффектом затруднена из-за очень больших требуемых затрат.

Целью изобретения является обеспечение экономически и экологически эффективной ликвидации объектов в виде межконтинентальных баллистических ракет с ядерными боеголовками.

Это достигается тем, что в известном способе [2] для выведения в космос ядерных взрывчатых веществ, извлеченных из боеголовок, в качестве носителей используют МБР, на которых были размещены боеголовки.

При необходимости после отработки активного участка межконтинентальной баллистической ракетой осуществляют доразгон ядерных взрывчатых веществ в защитных оболочках с помощью дополнительных двигателей, которые соединяют с защитными оболочками.

На фиг.1 представлена схема типичной современной МБР; на фиг.2 схема разделяющейся головной части с боеголовками индивидуального наведения; на фиг. 3 схема облегченной головной части; на фиг.4 схема головной части с доработанной двигательной установкой.

Способ осуществляют следующим образом.

С предназначенной для ликвидации МБР (фиг.1), содержащей в данном случае три твердотопливных ступени 1, 2, 3 и головную часть 4, снимают указанную головную часть. С головной части (фиг.2) снимают аэродинамический обтекатель 5 с твердотопливным двигателем увода 6, демонтируют ядерные боеголовки 7 и переходный отсек 8 со средствами преодоления противоракетной обороны. Отсеки системы управления 9 и двигательной установки 10 подвергают доработке для некоторого увеличения прочности в приосевой части. Одновременно систему управления перепрограммируют со штатной боевой траектории на траекторию выведения на околоземную орбиту. Боеголовку 7 разбирают, удаляют и разрушают прочный внешний корпус с теплозащитой, корпус ядерного зарядного устройства, автоматику взрывателя и предохранителей, химическое взрывчатое вещество запала и прочие неядерные составные части. Ядерные взрывчатые вещества (уран-235, плутоний-239 или другие делящиеся материалы; дейтерид лития и уран-238 из термоядерного заряда), не нарушая их конструкции, закрепляют с помощью вспомогательных фиксирующих элементов и заключают в защитную оболочку, служащую для предохранения от атмосферных воздействий и факторов космической среды. Затем производят сборку облегченной головной части (фиг.3). Ядерные вещества в защитных оболочках 11 монтируют на отсек системы управления 9 и двигательной установки 10, соединяя защитные оболочки с подкрепленными частями отсеков. На ядерных веществах в защитных оболочках закрепляют радиотехнический комплекс с системой электропитания (радиоответчик) 12, служащий в дальнейшем для точного измерения параметров орбиты. Подготовленную таким образом головную часть закрывают облегченным аэродинамическим обтекателем 13, вновь устанавливают на МБР и запускают на околоземную орбиту.

В качестве конкретного примера рассмотрена МБР "Минитмен 3", которая в момент окончания работы двигателя третьей ступени имеет скорость около 7 км/с, обеспечивающую дальность полета примерно 10000 км. Двигательная установка 10 служит для разведения и индивидуального наведения боеголовок 7 и в принципе способна сообщить дополнительную скорость без разделения боеголовок примерно 0,3-0,35 км/с. Таким образом, для выведения головной части на низкую околоземную орбиту с наклоном, примерно соответствующим широте точки старта, необходимая дополнительная скорость не превышает 0,7 км/с. Головная часть МБР, имеющая массу около 1 т, в результате описанных операций облегчается на 0,3-0,35 т, благодаря чему конечная скорость увеличивается на 0,75 км/с. Этого достаточно для выведения на орбиты, выделенные для накопления ЯВ, из пусковых сооружений, расположенных вблизи от плоскости орбиты.

Для использования пусковых сооружений, расположенных на большем удалении от орбит накопления, модификацию головной части МБР производят несколько иначе (фиг. 4). В освободившемся пространстве штатного обтекателя 5 размещают дополнительные топливные баки для увеличения времени работы двигателя разведения 10. В данном случае показано размещение бака окислителя 15 в пространстве обтекателя 5, а бака горючего 14 в переходном отсеке 8, благодаря чему можно обойтись без доработки отсеков 9 и 10. Возможны и другие конструктивные варианты. Количество необходимого дополнительного топлива зависит от требуемого маневра для вывода траектории МБР в плоскость орбиты накопления, но в то же время ограничено объемом штатного обтекателя и запасом работоспособности двигателя разведения 10. В некоторых случаях двигатель может быть доработан для увеличения ресурса. Освободившийся объем обтекателя "Минитмен-3" позволяет разместить более полутонны дополнительного топлива. Но даже если ограничить массу головной части номинальным значением в 1 т, то на топливо придется примерно 0,28 т и прирост скорости составит не менее 1,3 км/с. Этого практически всегда будет достаточно для выведения больших количеств ракет в ограниченную зону на орбите с целью облегчить в дальнейшем сбор ЯВ в то или иное орбитальное хранилище с целью повышения безопасности и удобства последующего использования.

В аналогичных случаях при необходимости дополнительного орбитального маневра в головные части МБР с одной ЯБГ, не имеющие двигателей разведения, устанавливают дополнительные двигатели, соединяя их с защитной оболочкой ЯВ. При большом количестве ЯБГ, как у ракет подводных лодок (например, "Трайдент-2" может нести до 8-10 боеголовок), можно полностью удалить часть боеголовок. Но, как правило, подводная лодка для ликвидации своих ракет может выйти в район, находящийся в плоскости орбиты накопления.

Ядерные взрывчатые вещества имеют невысокую радиоактивность и в случае аварии МБР не создают большой радиационной опасности. Кроме того, для большей безопасности ликвидацию предлагаемым способом можно проводить раздельно: термоядерные части заряда, обычно составляющие основную массу и либо совсем нерадиоактивные, как дейтерид лития, либо слаборадиоактивные, как обеденный уран, выводить с помощью МБР, а более опасные делящиеся вещества запала, в особенности плутоний, выводить в космос с помощью более надежных ракет-носителей, например, используемых для пилотируемых космических полетов.

Не имея необходимых составных частей ядерного заряда, ядерные взрывчатые вещества на орбитах не нарушат запрета на размещение ядерного оружия в космосе. Способ разоружения упрощает осуществление контроля, поскольку ядерные взрывчатые вещества могут быть легко проверены на всех этапах, в том числе перед запуском, как и сами запуски в известное время с известных позиций. Имеющиеся средства контроля космического простpанства обеспечивают постоянное наблюдение за ЯВ на орбитах.

Накопленная на орбитах энергия ядерных зарядов может быть использована, например, для строительства солнечных космических электростанций из материалов, добытых на астероидах или на Луне. Космическая солнечная энергетика в будущем позволит уменьшить катастрофические последствия парникового эффекта без чрезмерного развития ядерной энергетики.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ОБЪЕКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЯДЕРНЫЕ ВЕЩЕСТВА, включающий извлечение ядерных веществ из объектов штатного местонахождения, размещение их в защитной оболочке, выведение ядерных веществ в защитной оболочке с помощью носителей в космическое пространство для хранения, отличающийся тем, что с целью обеспечения экономически и экологически эффективной ликвидации объектов в виде межконтинентальных баллистических ракет с ядерными боеголовками, для выведения в космос ядерных взрывчатых веществ, извлеченных из боеголовок, в качестве носителей используют ракеты, на которых были размещены боеголовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после обработки активного участка межконтинентальной баллистической ракетой осуществляют доразгон ядерных веществ в защитных оболочках до орбитальной скорости с помощью дополнительных двигателей, которые соединяют с защитными оболочками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4