RU2488767C2 - Combat orbital nuclear-pumped laser - Google Patents

Combat orbital nuclear-pumped laser Download PDF

Info

Publication number
RU2488767C2
RU2488767C2 RU2011131627/28A RU2011131627A RU2488767C2 RU 2488767 C2 RU2488767 C2 RU 2488767C2 RU 2011131627/28 A RU2011131627/28 A RU 2011131627/28A RU 2011131627 A RU2011131627 A RU 2011131627A RU 2488767 C2 RU2488767 C2 RU 2488767C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
combat
section
laser
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2011131627/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011131627A (en
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2011131627/28A priority Critical patent/RU2488767C2/en
Publication of RU2011131627A publication Critical patent/RU2011131627A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488767C2 publication Critical patent/RU2488767C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: combat orbital nuclear-pumped laser has a resonator, a gas-dynamic channel whose inner surface of the internal wall is coated with a layer which contains uranium 235 nuclei and filled with a working gaseous medium, as well as uranium 235 nuclei embedded into the wall of the channel. The gas-dynamic channel is in form of a nozzle of a combustion chamber of a liquid-propellant engine, the expanding section of which has a circular cross-section in the critical section and a rectangular cross-section in the outlet section with a smooth transition from the circular to the rectangular cross-section. The combustion chamber is mounted to a turbo pump assembly which is connected to a gas generator; the resonator is placed perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle; a nuclear reactor mounted inside the combustion chamber is used.
EFFECT: high power and combat readiness of the laser.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании импульсных газовых лазеров с ядерной накачкой.The invention relates to the field of quantum electronics and can be used to create pulsed nuclear-pumped gas lasers.

Лазер - это устройство для получения высокоинтенсивных и узконаправленныхLaser is a device for obtaining high-intensity and narrowly targeted

пучков монохроматического светового излучения. Лазер создан в 1955 г. советскими учеными Прохоровым А. М. и Басовым Н. Г. Существуют различные типы лазеров - газовые, жидкостные и твердотельные. Лазерное излучение может быть непрерывным и импульсным. В практике используют лазеры различных мощностей. Наиболее мощные лазеры используют в вооружении. Действие лазерного излучения основано на резком повышении температуры в облучаемом месте, что вызывает разрушение материала:beams of monochromatic light radiation. The laser was created in 1955 by Soviet scientists A. M. Prokhorov and N. G. Basov. There are various types of lasers - gas, liquid, and solid-state. Laser radiation can be continuous and pulsed. In practice, lasers of various powers are used. The most powerful lasers are used in armaments. The action of laser radiation is based on a sharp increase in temperature in the irradiated place, which causes the destruction of the material:

оплавление или испарение.reflow or evaporation.

Известен газовый лазер. Недостатком указанного лазера является низкая энергия генерации.Known gas laser. The disadvantage of this laser is the low generation energy.

Наиболее близким по технической сущности является газовый лазер с ядерной накачкой, по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994 г., прототипThe closest in technical essence is a gas laser with a nuclear pump, according to the patent of Russian Federation No. 1140668, IPC H01S 3/09, publ. 06/30/1994, the prototype

Этот лазер содержит резонатор, газодинамический тракт с нанесенным на внутреннюю поверхность внутренней стенки слоем, включающим ядра урана 235, наполненную рабочей газовой средой, а также ядра урана 235 внедренные в стенку канала.This laser contains a resonator, a gas-dynamic tract with a layer deposited on the inner surface of the inner wall, including uranium nuclei 235 filled with a working gas medium, as well as uranium nuclei 235 embedded in the channel wall.

Недостатком такого лазера является низкая выходная энергия генерации из-за того, что активная область генерации не охватывает весь объем газа, заполняющего кювету. Это возникает по той причине, что при работе лазера газовый объем разделяется на две части: активную область генерации и область, не охваченную генерацией, то есть пассивную зону. Пассивная зона образуется вследствие охлаждения непосредственно прилегающей к ураносодержащему слою части газа. Охлаждение происходит за счет передачи тепла трубке кюветы, теплоемкость единицы объема которой значительно превосходит теплоемкость единицы объема газа. В пределах пассивной зоны градиент температуры отрицателен, и соответственно положительны градиенты плотности и показателя преломления; в активной области - наоборот. В активной области потерь световой энергии нет, так как световые лучи, имевшие первоначальное направление, параллельное оси симметрии лазера, беспрепятственно выходят за пределы его кюветы. В пассивной же зоне имеют место потери световой энергии ввиду того, что при положительном градиенте показателя преломления световые лучи загибаются на стенку кюветы и там поглощаются. С течением времени пассивная зона расширяется. При длительности нейтронного импульса накачки τ≈10-3 c размер пассивной зоны примерно равен 1 мм. При увеличении длительности облучения до значения 10-2 с размер пассивной зоны к концу облучения возрастает до 3 мм. При длительности облучения нейтронным потоком газового лазера с ядерной накачкой порядка или больше 0,8 с пассивная зона может охватить весь рабочий объем лазера.The disadvantage of such a laser is the low output energy of the generation due to the fact that the active generation region does not cover the entire volume of gas filling the cuvette. This arises for the reason that during laser operation the gas volume is divided into two parts: the active generation region and the region not covered by generation, i.e. the passive zone. The passive zone is formed due to cooling of a portion of the gas directly adjacent to the uranium-containing layer. Cooling occurs due to heat transfer to the cell tube, the heat capacity of a unit volume of which significantly exceeds the heat capacity of a unit volume of gas. Within the passive zone, the temperature gradient is negative, and accordingly the density and refractive index gradients are positive; in the active region, vice versa. In the active region, there is no loss of light energy, since light rays having an initial direction parallel to the axis of symmetry of the laser freely go beyond its cell. In the passive zone, there is a loss of light energy due to the fact that with a positive gradient of the refractive index, the light rays bend to the wall of the cell and are absorbed there. Over time, the passive zone expands. With a neutron pump pulse duration of τ≈ 10 −3 s, the size of the passive zone is approximately 1 mm. When the irradiation duration is increased to a value of 10 -2 s, the size of the passive zone at the end of irradiation increases to 3 mm. With a neutron flux duration of a nuclear-pumped gas laser of the order of or greater than 0.8 s, the passive zone can cover the entire working volume of the laser.

Целью этого изобретения было повышение выходной энергии лазера.The aim of this invention was to increase the output energy of the laser.

Цель достигнута тем, что в газовом лазере с ядерной накачкой, содержащем цилиндрическую трубку с нанесенным на ее внутреннюю поверхность слоем, включающем ядра урана 235, наполненную рабочей газовой средой, ядра урана 235U внедрены также и в стенку трубки, при этом концентрация N ядер урана 235U в стенке выбрана из соотношенияThe goal was achieved in that in a nuclear-pumped gas laser containing a cylindrical tube with a layer deposited on its inner surface, including uranium 235 nuclei filled with a working gas medium, 235 U uranium nuclei are also embedded in the tube wall, while the concentration N of uranium nuclei 235 U in the wall is selected from the relation

N = N 1 ( c 1 ρ 1 r 1 2 + c 2 ρ 2 ( r 2 2 r 1 2 ) + c 3 ρ 3 ( r 3 2 r 2 2 ) c 1 ρ 1 r 1 2 1 ) ( r 2 2 r 1 2 ) ( r 3 2 r 2 2 )

Figure 00000001
N = N one ( c one ρ one r one 2 + c 2 ρ 2 ( r 2 2 - r one 2 ) + c 3 ρ 3 ( r 3 2 - r 2 2 ) c one ρ one r one 2 - one ) ( r 2 2 - r one 2 ) ( r 3 2 - r 2 2 )
Figure 00000001

где N1 - концентрация ядер урана 235U в единице объема урансодержащего слоя;where N 1 is the concentration of 235 U uranium nuclei per unit volume of a uranium-containing layer;

С1 С2, С3 - удельные теплоемкости (при постоянном объеме) рабочей среды, урансодержащего слоя и цилиндрической трубки соответственно;C 1 C 2 , C 3 - specific heat (at constant volume) of the working medium, the uranium-containing layer and the cylindrical tube, respectively;

ρ1, ρ2, ρ3 - плотность активной среды, урансодержащего слоя и цилиндрической трубки, соответственно;ρ 1 , ρ 2 , ρ 3 - density of the active medium, the uranium-containing layer and the cylindrical tube, respectively;

r1 - внутренний радиус урансодержащего слоя;r 1 is the inner radius of the uranium-containing layer;

r2 - внешний радиус урансодержащего слоя;r 2 is the outer radius of the uranium-containing layer;

r3 - внешний радиус цилиндрической трубки;r 3 is the outer radius of the cylindrical tube;

∈ - эффективно передаваемая рабочей среде доля энергии осколков от деления, происходящего в урансодержащем слое.∈ is the fraction of the energy of fragments from fission occurring in the uranium-containing layer that is effectively transferred to the working medium.

Выражение для выбора оптимальной концентрации N ядер урана 235U, внедренных в стенку трубки, получено из балансных энергетических соотношений. Значение оптимальной концентрации не зависит от динамики работы лазера, что было подтверждено расчетом.The expression for choosing the optimal concentration N of 235 U uranium nuclei embedded in the tube wall is obtained from balanced energy ratios. The value of the optimal concentration does not depend on the dynamics of the laser, which was confirmed by the calculation.

Работает газовый лазер с ядерной накачкой следующим образом.A nuclear-pumped gas laser operates as follows.

При облучении лазера нейтронным потоком происходит деление ядер урана 235 как урансодержащего слоя нанесенного на внутреннюю стенку трубки, так и ядер урана, внедренных в стенку трубки. При этом осколки деления ядер урансодержащего слоя обеспечивают создание инверсной заселенности активной среды газового лазера. Энергия, выделяемая при делении ядер урана, внедренных в стенку, приводит к повышению температуры стенки и тем самым устраняет причину возникновения пассивных зон.When the laser is irradiated with a neutron flux, fission of uranium nuclei 235 occurs both of the uranium-containing layer deposited on the inner wall of the tube and of uranium nuclei embedded in the tube wall. In this case, the fission fragments of the nuclei of the uranium-containing layer provide the creation of an inverse population of the active medium of the gas laser. The energy released during the fission of uranium nuclei embedded in the wall leads to an increase in the temperature of the wall and thereby eliminates the cause of the occurrence of passive zones.

Рассмотрим газовый лазер с ядерной накачкой, полость цилиндрической трубки которого заполнена смесью НЕ+Хе (в отношении 200:1) с начальной плотностью ρ1=0,9256·103 г/см3. Внешний радиус урансодержащего слоя -2r2=1 см, его толщина δ=0,5181·10-3 см. Материал слоя - двуокись урана, характеризующая плотностью ρ2=10,96 г/см3 и концентрацией ядер урана 235U N1=2,47·1022 яд/см3. Внешний радиус цилиндрической трубки -3r3=1,1 см, ее толщина Δr3=0,1 см; трубка сплошная. Материал трубки - сплав: цирконий с добавкой урана 235U его плотность ρ3=6,44 г/см3. Начальная температура всей системы Т0=303 К. Выполнены термогазодинамические расчеты на ЭВМ при нарастании потока тепловых нейтронов накачки по закону Ф(t)0et/τн с заданным периодом τн=1,5с. Фо полагалась равной 1013 н/см2 с. В расчетах варьировалась концентрация 235U в материале стенки трубки. Кривая 5 на фиг.2 изображает зависимость координаты границы активной области генерации от концентрации ядер урана-235 в стенке трубки. Таким образом, прямые расчеты подтверждают, что приведенные выше формулы определяют оптимальное значение концентрации ядер урана в трубке лазерной кюветы, которое необходимо обеспечить для эффективной компенсации влияния неоднородностей температуры и плотности, возникающих в рабочем газе.Consider a nuclear-pumped gas laser whose cylindrical tube cavity is filled with a HE + Xe mixture (in a ratio of 200: 1) with an initial density ρ 1 = 0.9256 · 10 3 g / cm 3 . The outer radius of the uranium-containing layer is -2r 2 = 1 cm, its thickness is δ = 0.5181 · 10 -3 cm. The material of the layer is uranium dioxide, characterized by a density ρ 2 = 10.96 g / cm 3 and a concentration of uranium nuclei of 235 UN 1 = 2.47 · 10 22 poison / cm 3 . The outer radius of the cylindrical tube is -3r 3 = 1.1 cm, its thickness Δr 3 = 0.1 cm; the tube is continuous. The tube material is alloy: zirconium with the addition of 235 U uranium, its density ρ 3 = 6.44 g / cm 3 . The initial temperature of the entire system is T 0 = 303 K. Thermogasdynamic calculations were performed on a computer with an increase in the flux of thermal pump neutrons according to the law Ф (t) = Ф 0 e t / τ n with a given period τ n = 1.5 s. Ф о was assumed equal to 10 13 n / cm 2 s. In the calculations, the concentration of 235 U in the tube wall material was varied. Curve 5 in Fig. 2 shows the dependence of the coordinate of the boundary of the active generation region on the concentration of uranium-235 nuclei in the tube wall. Thus, direct calculations confirm that the above formulas determine the optimal value of the concentration of uranium nuclei in the tube of the laser cell, which must be provided to effectively compensate for the effects of temperature and density inhomogeneities arising in the working gas.

Эффективность действия такого лазера с оптимальной концентрацией ядер 235U в трубке проверена в расчетах термогазодинамических и оптических характеристик при работе его в режиме накачки потоком тепловых нейтронов, имеющем временную зависимость, близкую по форме к прямоугольной, с длительностью τ=1с. Величина Фm=0,683·1014 н/см2 есть максимальное значение потока тепловых нейтронов. На основе полученных пространственно-временных распределений температуры и плотности газовой смеси с использованием временной зависимости импульса накачки тепловых нейтронов и известных соотношений, описывающих связь между плотностью газа и его показателем преломления, распределением показателя преломления и расходимостью оптического излучения и т.п., рассчитано изменение во времени относительной средней интенсивности лазерного излучения.The efficiency of such a laser with an optimal concentration of 235 U nuclei in the tube was verified in calculations of thermogasdynamic and optical characteristics when it was operated in the mode of pumping by a thermal neutron flux, which has a time dependence that is close in shape to a rectangular one with a duration of τ = 1 s. The value of f m = 0,683 · 10 14 n / cm 2 is the maximum value of the thermal neutron flux. Based on the obtained spatio-temporal distributions of the temperature and density of the gas mixture using the time dependence of the thermal neutron pump pulse and the known relations describing the relationship between the gas density and its refractive index, the distribution of the refractive index and the divergence of optical radiation, etc., the change in time relative average intensity of laser radiation.

Оптимальная концентрация ядер урана 235 в трубке кюветы лазера определяется геометрическими размерами и теплофизическими параметрами самой трубки, урансодержащего слоя и рабочей газовой среды. При изменении концентрации ядер урана 235 в материале трубки от нуля до оптимальной величины выходная энергия излучения лазера монотонно растет до максимально возможного значения. При дальнейшем увеличении концентрации выходная энергия излучения остается неизменной.The optimal concentration of 235 uranium nuclei in the tube of the laser cell is determined by the geometric dimensions and thermophysical parameters of the tube itself, the uranium-containing layer and the working gas medium. When the concentration of uranium 235 nuclei in the tube material changes from zero to the optimal value, the output laser radiation energy monotonically increases to the maximum possible value. With a further increase in concentration, the output radiation energy remains unchanged.

Таким образом, внедрение ядер урана 235 с оптимальной концентрацией N в стенку трубки лазера с ядерной накачкой, позволяет существенно в 15-30 раз (при длительности накачки τ≈1 с) увеличить энергию выходного излучения лазера по сравнению с прототипом. Кроме того, такое устройство полностью исключает возможность отказа нагрева стенки трубки и обеспечивает синхронность слежения разогрева трубки за разогревом рабочей газовой среды.Thus, the introduction of uranium 235 nuclei with an optimal concentration of N into the wall of a nuclear-pumped laser tube allows a significant increase in the output energy of the laser radiation from the prototype by a factor of 15-30 (with a pump duration τ≈1 s). In addition, such a device completely eliminates the possibility of failure of heating of the tube wall and provides synchronization of tracking heating of the tube for heating the working gas medium.

Таким образом известный газовый лазер с ядерной накачкой по патенту РФ №1140668, МПК H01S 3/09, опубл. 30.06.1994 г. Также обладает недостатками..Thus, the well-known nuclear-pumped gas laser according to the patent of the Russian Federation No. 1140668, IPC H01S 3/09, publ. 06/30/1994, also has disadvantages ..

Недостатки описанного выше лазера низкая мощность и низкая боевая готовность и поражающее действие.The disadvantages of the laser described above are low power and low combat readiness and damaging effect.

Задачами создания боевого орбитального лазера с ядерной накачкой является значительное повышение его мощности и поражающих свойств.The tasks of creating a combat orbital nuclear-pumped laser are to significantly increase its power and damaging properties.

Решение указанных задач достигнуто в боевом орбитальном лазере с ядерной накачкой, содержащем резонатор, газодинамический тракт с нанесенным на внутреннюю поверхность внутренней стенки слоем, включающим ядра урана 235, наполненную рабочей газовой средой, а также ядра урана 235 внедренные в стенку канала, отличающийся тем, что газодинамический тракт выполнен в виде сопла камеры сгорания жидкостно-ракетного двигателя, расширяющаяся часть которого выполнена Расширяющаяся часть сопла выполнена круглого сечения - в критическом сечении и прямоугольного - в выходном сечении с плавным переходом от круглого к прямоугольному сечению, резонатор установлен перпендикулярно продольно оси сопла, применены ядерный реактор, установленный внутри камеры сгорания.The solution of these problems was achieved in a nuclear-pumped combat orbital laser containing a resonator, a gas-dynamic tract with a layer deposited on the inner surface of the inner wall, including uranium 235 nuclei filled with a working gas medium, as well as 235 uranium nuclei embedded in the channel wall, characterized in that the gas-dynamic path is made in the form of a nozzle of a combustion chamber of a liquid-rocket engine, the expanding part of which is made The expanding part of the nozzle is made of circular cross section - in a critical section and straight coal - in the exit section with a smooth transition from round to rectangular section, the resonator is mounted perpendicular to the nozzle axis, a nuclear reactor installed inside the combustion chamber is used.

Боевой лазер может содержать дополнительно второе сопло установленное оппозитно первому, оба сопла газоводами соединены с турбонасосным агрегатом, установленным под турбонасосным агрегатом. Турбонасосный агрегат содержит турбину, насос окислителя, насос горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину. В одном из газоводов может быть установлении регулятор расхода газа.The combat laser may additionally contain a second nozzle mounted opposite to the first, both nozzles are connected by gas ducts to a turbopump assembly installed under the turbopump assembly. The turbopump assembly comprises a turbine, an oxidizer pump, a fuel pump, an additional fuel pump, and a starting turbine. In one of the gas ducts, a gas flow regulator may be installed.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…6, гдеThe invention is illustrated in figure 1 ... 6, where

- на фиг.1 - приведена схема боевого орбитального лазера с ядерной накачкой,- figure 1 - shows a diagram of a combat orbital laser with a nuclear pump,

- на фиг.2 - приведен вид А,- figure 2 - shows a view,

- на фиг.3 - приведен вид Б,- figure 3 - shows a view of B,

- на фиг.4 - приведена схема боевого орбитального лазера с двумя камерами сгорания,- figure 4 is a diagram of a combat orbital laser with two combustion chambers,

- на фиг.5 - приведена схема боевого лазера с двумя ракетными двигателями,- figure 5 is a diagram of a combat laser with two rocket engines,

- на фиг.6 - приведена схема боевого лазера с одним ракетным двигателем, имеющим один ТНА и две камеры сгорания.- Fig.6 is a diagram of a combat laser with one rocket engine having one TNA and two combustion chambers.

Боевой орбитальный лазер с ядерной накачкой содержит (фиг.1…6) резонатор 1, который, в свою очередь, содержит зеркала 2, диафрагму 3, объектив 4. Резонатор 1 установлен перпендикулярно газодинамическому тракту, который выполнен в виде сопла 5 камеры сгорания 6 жидкостного ракетного двигателя 7. Жидкостные ракетные двигатели 7 не используются для создания реактивной тяги (или если применена одна камера сгорания - используют для создания очень небольшой силы тяги. Это достигается низким давлением в камере сгорания 6 примерно 2…3 атм и маленьким расходом окислителя и горючего.A nuclear-pumped combat orbital laser contains (FIGS. 1 ... 6) a resonator 1, which, in turn, contains mirrors 2, an aperture 3, and a lens 4. The resonator 1 is mounted perpendicular to the gas-dynamic path, which is made in the form of a nozzle 5 of the liquid combustion chamber 6 rocket engine 7. Liquid rocket engines 7 are not used to create jet thrust (or if one combustion chamber is used, they are used to create very small thrust forces. This is achieved by low pressure in the combustion chamber 6 of about 2 ... 3 atm and a small progress of the oxidizer and fuel.

ЖРД 7 служит (служат) в первую очередь для накачки боевого лазера. Камера сгорания 6 жидкостного ракетного двигателя 7 содержит головку 8 и цилиндрическую часть 9. Сопло 5 содержит сужающуюся часть 10 и расширяющуюся часть 11. Расширяющаяся часть 11 выполнена круглого сечения - в критическом сечении и прямоугольного - в выходном сечении с плавным переходом от круглого к прямоугольному сечению. Как сужающаяся 10, так и расширяющаяся часть 11 выполнены с возможностью регенеративного охлаждения (фиг.1) и содержат две стенки ; внутреннюю стенку 12 и наружную стенку 13 с зазором между ними 14. На внутренней поверхности внутренней стенки 12 нанесен слой урана 235-15, а в саму внутреннюю стенку 12 внедрены частицы урана 238-16.LRE 7 serves (serve) primarily for pumping a combat laser. The combustion chamber 6 of a liquid-propellant rocket engine 7 contains a head 8 and a cylindrical part 9. The nozzle 5 comprises a tapering part 10 and an expanding part 11. The expanding part 11 is made of a circular cross section — in a critical section and a rectangular section — in the exit section with a smooth transition from round to rectangular section . Both the tapering 10 and the expanding part 11 are made with the possibility of regenerative cooling (Fig. 1) and contain two walls; an inner wall 12 and an outer wall 13 with a gap between them 14. A layer of uranium 235-15 is deposited on the inner surface of the inner wall 12, and uranium particles 238-16 are embedded in the inner wall 12 itself.

Резонатор 2 размещен перпендикулярно продольной оси сопла 5 камеры сгорания 6, предпочтительно в районе расширяющейся части 11.The resonator 2 is placed perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle 5 of the combustion chamber 6, preferably in the region of the expanding part 11.

Боевой лазер содержит ядерный реактор 17.Combat laser contains a nuclear reactor 17.

Боевой орбитальный лазер (фиг.4…6) может содержать один или предпочтительно два жидкостных ракетных двигателя 7, одну или предпочтительно две камеры сгорания 6 и турбонасосный агрегат (ТНА) 18 Турбонасосный агрегат 18, в свою очередь, содержит установленные на валу 19 ТНА 18 центробежное рабочее колесо насоса окислителя 20, центробежное рабочее колесо насоса горючего 21, датчик частоты вращения 22, дополнительный насос горючего 23, с валом дополнительного насоса горючего 24, соединенным мультипликатором 25, размещенным в корпусе 26 с валом 19 ТНА 18, основную турбину 27, выполненную в верхней части турбонасосного агрегата 18. Газогенератор 28 установлен над основной турбиной 27 соосно с турбонасосным агрегатом 18. Камера сгорания 6 имеет силовой пояс 29, к ней прикреплен ТНА 18 при помощи тяг 30. Внутри камеры сгорания 6 выполнены наружная плита 31 и внутренняя плита 32 с зазором между ними (фиг.4). Внутри головки 8 камеры сгорания 6 установлены форсунки окислителя 33 и форсунки горючего 34. Форсунки окислителя 33 сообщают полость 35 с внутренней полостью камеры сгорания 36, а форсунки горючего 34 сообщают полость 37 с внутренней полостью камеры сгорания 38. На наружной поверхности камеры сгорания 21 установлен коллектор горючего 39, от которого отходят топливопроводы 40 к нижней части сопла 33. К коллектору горючего 39 подключен выход из клапана горючего 41, вход которого трубопроводом горючего 42 соединен с выходом из центробежного рабочего колеса насоса горючего 25. Выход из дополнительного насоса горючего 27 соединен топливопроводом высокого давления 43 через регулятор расхода 44, имеющий привод 45 и клапан высокого давления 46 с газогенератором 32,. Выход из центоробежного рабочего колеса насоса окислителя 24 трубопроводом окислителя 47 через клапан 48 тоже соединен с генератором 32, конкретно с его полстью 38. На головке 35 камеры сгорания 21 установлены запальные устройства 49, а на газогенераторе 31 - запальные устройства 50 (фиг.4).Combat orbital laser (figure 4 ... 6) may contain one or preferably two liquid rocket engines 7, one or preferably two combustion chambers 6 and a turbopump assembly (TNA) 18. The turbopump assembly 18, in turn, contains mounted on the shaft 19 TNA 18 the centrifugal impeller of the oxidizer pump 20, the centrifugal impeller of the fuel pump 21, the speed sensor 22, the additional fuel pump 23, with the shaft of the additional fuel pump 24, connected by a multiplier 25, located in the housing 26 with the shaft 19 of the TNA 18, an external turbine 27 made in the upper part of the turbopump assembly 18. The gas generator 28 is mounted above the main turbine 27 coaxially with the turbopump assembly 18. The combustion chamber 6 has a power belt 29, TNA 18 is attached to it by means of rods 30. An outer plate is made inside the combustion chamber 6 31 and the inner plate 32 with a gap between them (figure 4). Inside the head 8 of the combustion chamber 6, the oxidizer nozzles 33 and the fuel nozzles 34 are installed. The oxidizer nozzles 33 communicate the cavity 35 with the internal cavity of the combustion chamber 36, and the fuel nozzles 34 communicate the cavity 37 with the internal cavity of the combustion chamber 38. A collector is installed on the outer surface of the combustion chamber 21. fuel 39, from which the fuel lines 40 extend to the lower part of the nozzle 33. To the fuel manifold 39 is connected an outlet from the fuel valve 41, the inlet of which is connected by a fuel pipe 42 to the exit of the centrifugal impeller and a fuel pump 25. The output of the additional fuel pump 27 is connected by a high pressure fuel line 43 through a flow regulator 44 having an actuator 45 and a high pressure valve 46 with a gas generator 32 ,. The exit from the centrifugal impeller of the oxidizer pump 24 through the oxidizer pipe 47 through the valve 48 is also connected to the generator 32, specifically to its half 38. Ignition devices 49 are installed on the head 35 of the combustion chamber 21, and ignition devices 50 are installed on the gas generator 31 (Fig. 4) .

К датчику частоты вращения 26 подсоединена электрическая связь 51, которая соединена с блоком управления 52 и обеспечивает все другие электрические коммутации.An electrical connection 51 is connected to the speed sensor 26, which is connected to the control unit 52 and provides all other electrical switching.

К блоку управления 52 электрическими связями 51 подключены электрозапальные устройства 49 и 50, клапан горючего 41, клапан окислителя 48, привод регулятора расхода 45, клапан высокого давления 46, пусковой клапан 53 и регулятор расхода газа 54, при его наличии установленный в газоводе 55 одной из камер сгорания 9. Регулятор расхода газа 54 имеет привод 56 и обеспечивает равенство силы тяги двух оппозитно установленных жидкостных ракетных двигателей 7 для обеспечения точности стрельбы лучом лазера. Стрельба с объекта, вооруженного боевым лазером, но движущегося с огромной скоростью и ускорением менее точна и предъявляет большие требования к системе наведения.Electrolap devices 49 and 50, a fuel valve 41, an oxidizer valve 48, an actuator for the flow regulator 45, a high pressure valve 46, a start valve 53 and a gas flow regulator 54, if installed in the gas duct 55 of one of the combustion chambers 9. The gas flow regulator 54 has a drive 56 and ensures equal traction of two opposed mounted liquid rocket engines 7 to ensure accurate firing of a laser beam. Shooting from an object armed with a combat laser, but moving with great speed and acceleration is less accurate and makes great demands on the guidance system.

К коллектору горючего 39 подключен продувочный трубопровод 57 с клапаном продувки 58. Камера сгорания 9 (или камеры сгорания) могут быть установлены на цапфах 59.A purge line 57 with a purge valve 58 is connected to the fuel manifold 39. The combustion chamber 9 (or combustion chambers) can be mounted on the pins 59.

Боевой лазер содержит баллон сжатого воздуха 60, с которым соединен трубопровод высокого давления 61, имеющий клапан 62. Другой конец трубопровода высокого давления 61 соединен с пусковой турбиной 63. К пусковой турбине 63 подсоединена выхлопная труба 64.The combat laser includes a compressed air cylinder 60 to which a high pressure pipe 61 having a valve 62 is connected. The other end of the high pressure pipe 61 is connected to a start turbine 63. An exhaust pipe 64 is connected to the start turbine 63.

При запуске боевого орбитального лазера с ядерной накачкой сначала запускают ядерный реактор 17, потом жидкостный ракетный двигатель 8 (жидкостные ракетные двигатели при наличии двух двигателей). Для запуска двигателя 8 открывают клапан 62 и сжатый воздух по трубопроводу высокого давления 61 поступает в пусковую турбину 64. Потом открывают клапаны 41, 48 и 69 и включают запальники 49 и 50 (фиг.4). Топливо (окислитель и горючее) при сгорании в камере сгорания 9 сгорает при относительно низкой температуре до 500 град. С. Дальнейший подогрев продуктов сгорания до 3 000…4000 град. С осуществляется ядерным реактором 17. Кроме значительного нагрева продукты сгорания подвергаются радиоактивному облучению, это способствует повышению мощности лазера 1.When launching a nuclear-pumped combat orbital laser, a nuclear reactor 17 is first launched, then a liquid-propellant rocket engine 8 (liquid-propellant rocket engines with two engines). To start the engine 8, open the valve 62 and compressed air through the high pressure pipe 61 enters the starting turbine 64. Then open the valves 41, 48 and 69 and turn on the igniters 49 and 50 (Fig. 4). Fuel (oxidizer and fuel) during combustion in the combustion chamber 9 burns out at a relatively low temperature of up to 500 degrees. C. Further heating of combustion products to 3,000 ... 4,000 degrees. C is carried out by a nuclear reactor 17. In addition to significant heating, the combustion products are exposed to radiation, this helps to increase the power of the laser 1.

Выключение боевого лазера осуществляется в обратном порядке.The combat laser is turned off in the reverse order.

Применение изобретения позволилоThe use of the invention allowed

1. Повысить мощность боевого лазера во много раз за счет дополнительного радиоактивного облучения продуктов сгорания и повышения их температуры в резонаторе, что позволит передать лучу лазера большую энергию. Особеено повышает облучение продуктов сгорания уставка ядерного реактора внцутри камеры сгорания.1. To increase the power of the combat laser many times over due to the additional radioactive irradiation of the combustion products and increase their temperature in the cavity, which will allow the laser beam to transmit more energy. Especially increases the exposure of combustion products to the setting of the nuclear reactor inside the combustion chamber.

2. Повысить боеготовность лазера.2. Increase the combat readiness of the laser.

3. Повысить КПД боевого лазера.3. Increase the efficiency of the combat laser.

4. Повысить точность попадания луча лазера в цель.4. Improve the accuracy of the laser beam hit the target.

5. Значительно улучшить обороноспособность страны.5. Significantly improve the country's defense.

Claims (4)

1. Боевой орбитальный лазер с ядерной накачкой, содержащий резонатор, газодинамический тракт с нанесенным на внутреннюю поверхность внутренней стенки слоем, включающим ядра урана 235, наполненный рабочей газовой средой, а также ядра урана 235, внедренные в стенку канала, отличающийся тем, что газодинамический тракт выполнен в виде сопла камеры сгорания жидкостно-ракетного двигателя, расширяющаяся часть которого выполнена круглого сечения в критическом сечении и прямоугольного в выходном сечении с плавным переходом от круглого к прямоугольному сечению, камера сгорания прикреплена к турбонасосному агрегату, к которому присоединен газогенератор, резонатор установлен перпендикулярно продольно оси сопла, применен ядерный реактор, установленный внутри камеры сгорания.1. A nuclear-pumped combat orbital laser containing a resonator, a gas-dynamic path with a layer deposited on the inner surface of the inner wall, including uranium 235 nuclei filled with a working gas medium, as well as uranium 235 nuclei embedded in the channel wall, characterized in that the gas-dynamic path made in the form of a nozzle of a combustion chamber of a liquid-rocket engine, the expanding part of which is made of a circular cross section in a critical section and rectangular in an output section with a smooth transition from round to rectangular Nome section, a combustion chamber is secured to a turbopump assembly to which is attached a gas generator, the resonator is mounted perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle, a nuclear reactor is employed, mounted inside the combustion chamber. 2. Боевой орбитальный лазер по п.1, отличающийся тем, он содержит дополнительно второе сопло, установленное оппозитно первому, оба сопла газоводами соединены с генератором.2. The combat orbital laser according to claim 1, characterized in that it further comprises a second nozzle mounted opposite to the first, both nozzles connected to a generator by gas ducts. 3. Боевой орбитальный лазер по п.2, отличающийся тем, что турбонасосный агрегат содержит турбину, насос окислителя, насос горючего, дополнительный насос горючего и пусковую турбину.3. Combat orbital laser according to claim 2, characterized in that the turbopump assembly comprises a turbine, an oxidizer pump, a fuel pump, an additional fuel pump and a starting turbine. 4. Боевой орбитальный лазер по п.2 или 3, отличающийся тем, что в одном из газоводов установлен регулятор расхода. 4. Combat orbital laser according to claim 2 or 3, characterized in that a flow regulator is installed in one of the gas ducts.
RU2011131627/28A 2011-07-27 2011-07-27 Combat orbital nuclear-pumped laser RU2488767C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131627/28A RU2488767C2 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Combat orbital nuclear-pumped laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011131627/28A RU2488767C2 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Combat orbital nuclear-pumped laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011131627A RU2011131627A (en) 2013-02-10
RU2488767C2 true RU2488767C2 (en) 2013-07-27

Family

ID=49119368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011131627/28A RU2488767C2 (en) 2011-07-27 2011-07-27 Combat orbital nuclear-pumped laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488767C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU213923U1 (en) * 2021-11-30 2022-10-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" Radiation Pumped Semiconductor Disk Laser Using a β-Radiation Source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160956A (en) * 1976-07-26 1979-07-10 United Technologies Corporation Nuclear-pumped uranyl salt laser
SU1140668A1 (en) * 1982-10-14 1994-06-30 А.Н. Сизов Nuclear pumped gas laser
EP1093129B1 (en) * 1999-10-14 2003-12-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel assembly and nuclear reactor
RU2266420C2 (en) * 2003-10-08 2005-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Aerospace laser jet engine
EP1193719B1 (en) * 2000-09-28 2007-02-14 Carlo Rubbia Method and device for heating gas from a thin layer of nuclear fuel, and space engine using such method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160956A (en) * 1976-07-26 1979-07-10 United Technologies Corporation Nuclear-pumped uranyl salt laser
SU1140668A1 (en) * 1982-10-14 1994-06-30 А.Н. Сизов Nuclear pumped gas laser
EP1093129B1 (en) * 1999-10-14 2003-12-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel assembly and nuclear reactor
EP1193719B1 (en) * 2000-09-28 2007-02-14 Carlo Rubbia Method and device for heating gas from a thin layer of nuclear fuel, and space engine using such method
RU2266420C2 (en) * 2003-10-08 2005-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) Aerospace laser jet engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU213923U1 (en) * 2021-11-30 2022-10-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" Radiation Pumped Semiconductor Disk Laser Using a β-Radiation Source

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011131627A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nakagami et al. Experimental visualization of the structure of rotating detonation waves in a disk-shaped combustor
Yuan et al. Study on flame stabilization in a dual-mode combustor using optical measurements
Hardi Experimental investigation of high frequency combustion instability in cryogenic oxygen-hydrogen rocket engines.
Kasahara et al. Chapman-Jouguet oblique detonation structure around hypersonic projectiles
US9346565B1 (en) Nuclear thermal propulsion rocket engine
Kailasanath Recent developments in the research on pressure-gain combustion devices
RU2488767C2 (en) Combat orbital nuclear-pumped laser
Forden The airborne laser
Pandey et al. CFD Analysis of a Hydrogen Fueled Mixture in Scramjet Combustor with a Strut Injector by Using Fluent Software
Rezunkov et al. Performance characteristics of laser propulsion engine operating both in CW and in repetitively‐pulsed modes
Thio Status of the US program in magneto-inertial fusion
RU2475907C1 (en) Attack orbital nuclear pumping laser
Lee et al. A novel supersonic injection scheme for laser induced breakdown ignition
Braun New detonation concepts for propulsion and power generation
Quick et al. Upstream mixing cavity coupled wtih a downstream flameholding cavity behavior in supersonic flow
Clery Laser fusion success sparks hope of new route to fusion power
RU2481544C1 (en) Combat laser
Watari et al. Progress of a DPSSL based R&D facility TERU for IFE technology and industrial applications
Xue et al. Muzzle flow field characteristics of underwater sealed launch system under different projectile shapes
Yoshidomi et al. Numerical Simulation on Rotating Detonation Engine: Effect of Number of Injection Ports in Non-Premixed H2-O2 Gases
RU2477830C1 (en) Mobile combat laser
Turchi et al. Propagation of dense plasma jets
RU2794391C1 (en) Pulsed laser rocket engine for low-mass orbital spacecraft orientation, stabilization and correction systems
RU2663703C1 (en) Method for protecting fire walls of the combustion chamber and the nozzle of liquid rocket engine from external high-intensity thermal exposures
Thio Magneto-inertial fusion: An emerging concept for inertial fusion and dense plasmas in ultrahigh magnetic fields