U prošlosti su vodeće zemlje tražile fundamentalno nova rješenja u području motora za raketnu i svemirsku tehnologiju. Najhrabriji prijedlozi ticali su se stvaranja tzv. nuklearni raketni motori na bazi reaktora od fisijskog materijala. U našoj zemlji rad u tom smjeru dao je stvarne rezultate u obliku eksperimentalnog motora RD0410. Ipak, ovaj proizvod nije uspio pronaći svoje mjesto u obećavajućim projektima i utjecati na razvoj domaće i svjetske astronautike.
Predlozi i projekti
Već pedesetih godina, nekoliko godina prije lansiranja prvog satelita i svemirske letjelice s ljudskom posadom, utvrđene su mogućnosti razvoja raketnih motora na kemijsko gorivo. Ovo posljednje omogućilo je dobijanje vrlo visokih karakteristika, ali rast parametara nije mogao biti beskonačan. U budućnosti su motori morali "udariti u strop" svojih mogućnosti. S tim u vezi, za daljnji razvoj raketnih i svemirskih sistema bila su potrebna fundamentalno nova rješenja.
Proizveden, ali nije testiran od strane RD0410 NRM
Godine 1955. akademik M. V. Keldysh je došao na inicijativu za stvaranje raketnog motora posebnog dizajna, u kojem bi nuklearni reaktor djelovao kao izvor energije. Razvoj ove ideje povjeren je NII-1 Ministarstva zrakoplovne industrije; V. M. Ievlev. U najkraćem mogućem roku, stručnjaci su razradili glavna pitanja i predložili dvije mogućnosti za obećavajući NRE sa najboljim karakteristikama.
Prva verzija motora, označena kao "Shema A", predložila je upotrebu reaktora sa jezgrom u čvrstoj fazi i površinama za izmjenu čvrste topline. Druga mogućnost, "Shema B", predviđala je upotrebu reaktora s aktivnom zonom u plinskoj fazi - cijepljiva tvar je morala biti u stanju plazme, a toplinska energija se prenosila na radni fluid pomoću zračenja. Stručnjaci su usporedili dvije sheme i smatrali opciju "A" uspješnijom. U budućnosti je on bio najaktivnije razrađen, pa čak i postigao punopravne testove.
Paralelno s traganjem za optimalnim nacrtima NRE -a, rješavala su se pitanja stvaranja naučne, proizvodne i testne baze. Tako je 1957. V. M. Ievlev je predložio novi koncept za testiranje i fino podešavanje. Svi glavni konstrukcijski elementi morali su se testirati na različitim štandovima, a tek nakon toga mogli su se sastaviti u jednu strukturu. U slučaju Sheme A, ovaj pristup podrazumijevao je stvaranje reaktora punog opsega za testiranje.
Godine 1958. pojavila se detaljna rezolucija Vijeća ministara koja je odredila tok daljnjeg rada. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov i S. P. Korolev. Na NII-1 formirano je posebno odjeljenje na čelu sa V. M. Ievlev, koji se trebao baviti novim smjerom. Takođe, u rad je bilo uključeno nekoliko desetina naučnih i dizajnerskih organizacija. Planirano je učešće Ministarstva odbrane. Utvrđen je raspored rada i druge nijanse opsežnog programa.
Nakon toga, svi sudionici projekta su na ovaj ili onaj način aktivno stupili u interakciju. Osim toga, šezdesetih godina dva puta su održavane konferencije posvećene isključivo temi nuklearnog oružja i srodnim pitanjima.
Baza za testiranje
U sklopu razvojnog programa NRE predloženo je primijeniti novi pristup testiranju i testiranju potrebnih jedinica. U isto vrijeme, stručnjaci su se suočili s ozbiljnim problemom. Provjera nekih proizvoda trebala se provesti u nuklearnom reaktoru, ali je izvođenje takvih aktivnosti bilo izuzetno teško ili čak nemoguće. Testiranje mogu ometati ekonomske, organizacione ili ekološke poteškoće.
Dijagram sklopa goriva za IR-100
S tim u vezi, razvijene su nove metode ispitivanja proizvoda bez upotrebe nuklearnih reaktora. Takve provjere podijeljene su u tri faze. Prvi je uključivao proučavanje procesa u reaktoru na modelima. Tada su komponente reaktora ili motora morale proći mehanička i hidraulična "hladna" ispitivanja. Tek tada su sklopovi morali biti provjereni pod visokim temperaturama. Odvojeno, nakon što su razrađene sve komponente NRE na štandovima, bilo je moguće započeti sastavljanje punopravnog eksperimentalnog reaktora ili motora.
Za provođenje trostupanjskih ispitivanja jedinica nekoliko je preduzeća razvilo i izgradilo različite štandove. Tehnika ispitivanja na visokim temperaturama je od posebnog interesa. Tokom njegovog razvoja bilo je potrebno stvoriti nove tehnologije za zagrijavanje plinova. Od 1959. do 1972. NII-1 je razvio brojne plazmatrone velike snage koji su zagrijavali plinove do 3000 ° K i omogućili provođenje ispitivanja na visokim temperaturama.
Posebno za razvoj "Sheme B" bilo je potrebno razviti još složenije uređaje. Za takve zadatke bio je potreban plazmatron s izlaznim tlakom od stotina atmosfera i temperaturom od 10-15 tisuća K. Do kraja šezdesetih godina pojavila se tehnologija zagrijavanja plina zasnovana na njegovoj interakciji s elektronskim snopovima, zbog čega je moguće dobiti potrebne karakteristike.
Rezolucijom Vijeća ministara predviđena je izgradnja novog objekta na poligonu Semipalatinsk. Tamo je bilo potrebno izgraditi ispitni sto i eksperimentalni reaktor za daljnja ispitivanja sklopova goriva i drugih komponenti NRE. Sve glavne konstrukcije izgrađene su do 1961. godine, a u isto vrijeme došlo je do prvog pokretanja reaktora. Zatim je poligonska oprema poboljšana i poboljšana nekoliko puta. Nekoliko podzemnih bunkera s potrebnom zaštitom namijenjeno je za smještaj reaktora i osoblja.
U stvari, projekt obećavajućeg NRM -a bio je jedan od najhrabrijih poduhvata svog vremena, pa je stoga doveo do razvoja i izgradnje mase jedinstvenih uređaja i instrumenata za ispitivanje. Svi ovi štandovi omogućili su izvođenje mnogih eksperimenata i prikupljanje velike količine podataka različitih vrsta, pogodnih za razvoj različitih projekata.
Shema A
Krajem pedesetih, najuspješnija i obećavajuća verzija motora tipa "A". Ovaj koncept predlaže izgradnju nuklearnog reaktora zasnovanog na reaktoru s izmjenjivačima topline odgovornim za zagrijavanje plinovitog radnog fluida. Izbacivanje potonjeg kroz mlaznicu trebalo je stvoriti potreban potisak. Unatoč jednostavnosti koncepta, implementacija takvih ideja bila je povezana s brojnim poteškoćama.
FA model za reaktor IR-100
Prije svega, pojavio se problem izbora materijala za izgradnju jezgre. Dizajn reaktora morao je izdržati velika toplinska opterećenja i održavati potrebnu čvrstoću. Osim toga, morao je proći toplinske neutrone, ali u isto vrijeme nije izgubio karakteristike zbog ionizirajućeg zračenja. Očekivalo se i neujednačeno stvaranje topline u jezgri, što je postavilo nove zahtjeve na njegov dizajn.
U potrazi za rješenjima i usavršavanju dizajna, na NII-1 je organizirana posebna radionica koja je trebala izraditi modele sklopova goriva i drugih osnovnih komponenti. U ovoj fazi rada testirani su različiti metali i legure, kao i drugi materijali. Za proizvodnju sklopova goriva mogli bi se koristiti volfram, molibden, grafit, visokotemperaturni karbidi itd. Također je izvršena potraga za zaštitnim premazima kako bi se spriječilo uništavanje strukture.
Tijekom eksperimenata pronađeni su optimalni materijali za izradu pojedinih komponenti NRE. Osim toga, bilo je moguće potvrditi temeljnu mogućnost dobivanja specifičnog impulsa reda veličine 850-900 s. Ovo je obećavajućem motoru dalo najveće performanse i značajnu prednost u odnosu na sisteme sa hemijskim gorivom.
Jezgro reaktora bilo je cilindar dug oko 1 m i promjera 50 mm. Istovremeno je bilo predviđeno stvaranje 26 varijanti sklopova goriva s određenim karakteristikama. Na temelju rezultata naknadnih ispitivanja odabrani su najuspješniji i najučinkovitiji. Pronađeni dizajn sklopova goriva predviđao je upotrebu dva sastava goriva. Prva je bila mješavina uranijuma-235 (90%) s niobijem ili cirkonijevim karbidom. Ova mješavina je oblikovana u obliku uvijene šipke sa četiri grede dužine 100 mm i promjera 2,2 mm. Drugi sastav se sastojao od urana i grafita; napravljen je u obliku šesterokutnih prizmi dužine 100-200 mm sa unutrašnjim kanalom od 1 mm koji je imao oblogu. Štapovi i prizme smješteni su u zapečaćeno metalno kućište otporno na toplinu.
Ispitivanje sklopova i elemenata na poligonu u Semipalatinsku započelo je 1962. Za dvije godine rada došlo je do 41 pokretanja reaktora. Prije svega, uspjeli smo pronaći najefikasniju verziju osnovnog sadržaja. Potvrđena su i sva veća rješenja i karakteristike. Konkretno, sve jedinice reaktora su se nosile s toplinskim i radijacijskim opterećenjima. Tako je otkriveno da je razvijeni reaktor sposoban riješiti svoj glavni zadatak - zagrijati plinoviti vodik na 3000-3100 ° K pri zadanoj brzini protoka. Sve je to omogućilo početak razvoja punog nuklearnog raketnog motora.
11B91 na "Bajkalu"
Početkom šezdesetih počeli su radovi na stvaranju punopravnog NRE-a zasnovanog na postojećim proizvodima i razvoju. Prije svega, NII-1 je proučavao mogućnost stvaranja cijele porodice raketnih motora različitih parametara, pogodnih za upotrebu u raznim projektima raketne tehnologije. Iz ove su obitelji prvi projektirali i izgradili motor s malim potiskom - 36 kN. Takav bi se proizvod kasnije mogao koristiti u obećavajućoj gornjoj fazi, pogodnoj za slanje svemirskih letjelica na druga nebeska tijela.
IRGIT reaktor tokom montaže
Godine 1966. NII-1 i Projektni biro za hemijsku automatiku započeli su zajednički rad na oblikovanju i projektovanju budućeg nuklearnog raketnog motora. Ubrzo je motor dobio indekse 11B91 i RD0410. Njegov glavni element bio je reaktor po imenu IR-100. Kasnije je reaktor dobio ime IRGIT ("Istraživački reaktor za grupne studije TVEL -a"). U početku je bilo planirano stvaranje dva različita nuklearna projektora. Prvi je bio eksperimentalni proizvod za testiranje na poligonu, a drugi model leta. Međutim, 1970. dva su projekta kombinirana s ciljem provođenja terenskih ispitivanja. Nakon toga, KBHA je postala vodeći programer novog sistema.
Koristeći razvoj u preliminarnim istraživanjima u području nuklearnog pogona, kao i koristeći postojeću testnu bazu, bilo je moguće brzo odrediti izgled budućeg 11B91 i započeti punopravno tehničko projektiranje.
U isto vrijeme, kreiran je komplet klupa "Baikal" za buduća ispitivanja na poligonu. Predloženo je testiranje novog motora u podzemnom objektu s punim rasponom zaštite. Predviđena su sredstva za prikupljanje i taloženje plinovitog radnog fluida. Kako bi se izbjegla emisija zračenja, plin se morao držati u plinskim držačima, a tek nakon toga mogao se ispustiti u atmosferu. Zbog posebne složenosti radova, kompleks Baikal se gradio oko 15 godina. Posljednji njegovi objekti dovršeni su nakon početka testiranja na prvom.
1977. u kompleksu Baikal puštena je u rad druga radna stanica za pilot postrojenja, opremljena sredstvima za dovod radne tekućine u obliku vodika. 17. septembra izvršeno je fizičko lansiranje proizvoda 11B91. Pokretanje napajanja dogodilo se 27. marta 1978. 3. jula i 11. augusta provedena su dva požarna ispitivanja uz potpuni rad proizvoda kao nuklearnog reaktora. U tim ispitivanjima reaktor je postupno doveden na snagu od 24, 33 i 42 MW. Vodik je zagrijan na 2630 ° K. Početkom osamdesetih testirana su još dva prototipa. Pokazali su snagu do 62-63 MW i zagrijavali plin do 2500 ° K.
RD0410 projekat
Na prijelazu iz sedamdesetih u osamdesete bilo je pitanje stvaranja punopravnog NRM-a, potpuno pogodnog za ugradnju na projektile ili gornje stepene. Formiran je konačni izgled takvog proizvoda, a ispitivanja na poligonu u Semipalatinsku potvrdila su sve glavne karakteristike dizajna.
Završeni motor RD0410 primjetno se razlikovao od postojećih proizvoda. Odlikovao se sastavom jedinica, rasporedom, pa čak i izgledom, zbog drugih principa rada. U stvari, RD0410 je bio podijeljen u nekoliko glavnih blokova: reaktor, sredstvo za dovod radne tekućine i izmjenjivač topline i mlaznica. Kompaktni reaktor zauzeo je središnji položaj, a ostali uređaji smješteni su pored njega. Takođe, YARD -u je bio potreban poseban rezervoar za tečni vodonik.
Ukupna visina proizvoda RD0410 / 11B91 dosegla je 3,5 m, najveći promjer 1,6 m. Težina je, uzimajući u obzir zaštitu od zračenja, 2 tone. Izračunati potisak motora u praznini dosegao je 35,2 kN ili 3,59 tf. Specifični impuls u praznini je 910 kgf • s / kg ili 8927 m / s. Motor se može upaliti 10 puta. Resurs - 1 sat Pomoću određenih izmjena u budućnosti je bilo moguće povećati karakteristike na potrebni nivo.
Poznato je da je zagrijani radni fluid takvog nuklearnog reaktora imao ograničenu radioaktivnost. Ipak, nakon ispitivanja, ona je obranjena, a prostor na kojem se nalazilo štand morao je biti zatvoren na jedan dan. Korištenje takvog motora u Zemljinoj atmosferi smatralo se nesigurnim. U isto vrijeme, mogao bi se koristiti kao dio gornjih faza koje počinju s radom izvan atmosfere. Nakon upotrebe, takve blokove treba poslati u orbitu za odlaganje.
Šezdesetih se pojavila ideja o stvaranju elektrane na bazi nuklearnog reaktora. Zagrijani radni fluid mogao se dovoditi u turbinu povezanu na generator. Takve elektrane bile su od interesa za daljnji razvoj astronautike, jer su omogućile rješavanje postojećih problema i ograničenja u području proizvodnje električne energije za ugrađenu opremu.
Osamdesetih godina ideja o elektrani došla je do faze projektiranja. Razrađivao se projekt takvog proizvoda na bazi motora RD0410. Jedan od eksperimentalnih reaktora IR-100 / IRGIT bio je uključen u eksperimente na ovu temu, tokom kojih je osigurao rad generatora snage 200 kW.
Novo okruženje
Glavni teorijski i praktični rad na temu sovjetskog NRE sa jezgrom u čvrstoj fazi završen je sredinom osamdesetih. Industrija bi mogla započeti razvoj pojačivačkog bloka ili druge raketne i svemirske tehnologije za postojeći motor RD0410. Međutim, takvi radovi nikada nisu započeli na vrijeme, pa je uskoro njihov početak postao nemoguć.
U to vrijeme svemirska industrija nije imala dovoljno resursa za pravovremenu provedbu svih planova i ideja. Osim toga, uskoro je započela zloglasna Perestrojka, koja je okončala masu prijedloga i razvoja. Ugled nuklearne tehnologije bio je ozbiljno pogođen nesrećom u Černobilu. Konačno, u tom periodu bilo je političkih problema. 1988. svi radovi na YARD 11B91 / RD0410 su obustavljeni.
Prema različitim izvorima, barem do početka 2000 -ih neki su objekti kompleksa Bajkala i dalje ostali na poligonu Semipalatinsk. Štaviše, na jednom od tzv. eksperimentalni reaktor se još uvijek nalazio na radnom mjestu. KBKhA je uspjela proizvesti punopravni motor RD0410, pogodan za ugradnju na buduću gornju fazu. Međutim, tehnika korištenja ostala je u planovima.
Nakon RD0410
Razvoj na temu nuklearnih raketnih motora našao je primjenu u novom projektu. 1992. godine brojna ruska preduzeća zajedno su razvila dvomotorni motor sa jezgrom u čvrstoj fazi i radnom tekućinom u obliku vodika. U načinu rada raketnog motora, takav proizvod trebao bi razviti potisak od 70 kN sa specifičnim impulsom od 920 s, a način napajanja daje 25 kW električne energije. Takav NRE predložen je za upotrebu u projektima međuplanetarnih svemirskih letjelica.
Nažalost, u to vrijeme situacija nije bila pogodna za stvaranje nove i odvažne raketne i svemirske tehnologije, pa je druga verzija nuklearnog raketnog motora ostala na papiru. Koliko je poznato, domaća preduzeća i dalje pokazuju određeni interes za temu NPP, ali implementacija takvih projekata još se ne čini mogućom niti svrsishodnom. Ipak, valja napomenuti da su u okviru prethodnih projekata sovjetski i ruski naučnici i inženjeri uspjeli prikupiti značajnu količinu informacija i steći važno iskustvo. To znači da kada se pojavi potreba i pojavi odgovarajući red u našoj zemlji, može se stvoriti novi NRE sličan onom koji je testiran u prošlosti.
