Anksčiau pirmaujančios šalys ieškojo iš esmės naujų sprendimų raketų ir kosmoso technologijų variklių srityje. Drąsiausi pasiūlymai buvo susiję su vadinamųjų sukūrimu. branduolinių raketų varikliai, kurių pagrindą sudaro skiliųjų medžiagų reaktorius. Mūsų šalyje darbas šia kryptimi davė realių rezultatų eksperimentinio RD0410 variklio pavidalu. Nepaisant to, šiam produktui nepavyko rasti savo vietos perspektyviuose projektuose ir paveikti vidaus ir pasaulio astronautikos vystymosi.
Pasiūlymai ir projektai
Jau penktajame dešimtmetyje, likus keleriems metams iki pirmojo palydovo ir pilotuojamo erdvėlaivio paleidimo, buvo nustatytos raketų variklių, pagamintų naudojant cheminį kurą, perspektyvos. Pastarasis leido gauti labai aukštas charakteristikas, tačiau parametrų augimas negalėjo būti begalinis. Ateityje varikliai turėjo „trenkti į savo lubas“. Šiuo atžvilgiu, norint toliau plėtoti raketų ir kosmoso sistemas, reikėjo iš esmės naujų sprendimų.
Sukurta, bet nepatikrinta RD0410 NRM
1955 metais akademikas M. V. Keldyshas sugalvojo sukurti specialios konstrukcijos raketinį variklį, kuriame branduolinis reaktorius veiktų kaip energijos šaltinis. Šios idėjos plėtojimas buvo patikėtas Aviacijos pramonės ministerijos NII-1; V. M. Ievlevas. Per trumpiausią įmanomą laiką specialistai išsiaiškino pagrindinius klausimus ir pasiūlė du perspektyvios NRE su geriausiomis savybėmis variantus.
Pirmojoje variklio versijoje, pavadintoje „A schema“, buvo pasiūlytas naudoti reaktorius su kieto fazės šerdimi ir kietais šilumos mainų paviršiais. Antrasis variantas - „Schema B“- numatė naudoti reaktorių su aktyvia dujų fazės zona - skilimo medžiaga turėjo būti plazmos būsenos, o šilumos energija spinduliavimo būdu buvo perduota į darbinį skystį. Ekspertai palygino abi schemas ir laikė „A“variantą sėkmingesniu. Ateityje būtent jis buvo aktyviausiai dirbamas ir netgi pasiekė visavertius testus.
Kartu su optimalaus NRE dizaino paieška buvo sprendžiami mokslinės, gamybos ir bandymų bazės kūrimo klausimai. Taigi, 1957 m. Ievlevas pasiūlė naują bandymų ir tikslinimo koncepciją. Visi pagrindiniai konstrukciniai elementai turėjo būti išbandyti skirtinguose stenduose ir tik po to juos buvo galima surinkti į vieną konstrukciją. A schemos atveju šis metodas reiškė viso masto reaktorių sukūrimą bandymams.
1958 m. Pasirodė išsami Ministrų Tarybos rezoliucija, kuri nulėmė tolesnio darbo eigą. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatovas ir S. P. Korolevas. NII-1 buvo suformuotas specialus skyrius, kuriam vadovavo V. M. Ievlevas, kuris turėjo spręsti naują kryptį. Taip pat į darbą buvo įtrauktos kelios dešimtys mokslo ir dizaino organizacijų. Buvo numatytas Krašto apsaugos ministerijos dalyvavimas. Buvo nustatytas darbo grafikas ir kiti plačios programos niuansai.
Vėliau visi projekto dalyviai vienaip ar kitaip aktyviai bendravo. Be to, šeštajame dešimtmetyje du kartus buvo surengtos konferencijos, skirtos išskirtinai branduolinio ginklo temai ir su ja susijusioms problemoms.
Bandymo bazė
Vykdant NRE plėtros programą buvo pasiūlyta taikyti naują metodą būtinų vienetų bandymui ir bandymui. Tuo pačiu metu specialistai susidūrė su rimta problema. Kai kurių produktų patikra turėjo būti atlikta branduoliniame reaktoriuje, tačiau tokią veiklą atlikti buvo labai sunku arba net neįmanoma. Bandymams gali trukdyti ekonominiai, organizaciniai ar aplinkosauginiai sunkumai.
Kuro surinkimo schema, skirta IR-100
Šiuo atžvilgiu buvo sukurti nauji produktų bandymo metodai, nenaudojant branduolinių reaktorių. Tokie patikrinimai buvo suskirstyti į tris etapus. Pirmasis buvo susijęs su procesų tyrimu reaktoriuje pagal modelius. Tada reaktoriaus ar variklio komponentai turėjo išlaikyti mechaninius ir hidraulinius „šalčio“bandymus. Tik tada reikėjo patikrinti agregatus esant aukštai temperatūrai. Atskirai, išdirbus visus NRE komponentus prie stendų, buvo galima pradėti surinkti pilnavertį eksperimentinį reaktorių ar variklį.
Norėdami atlikti trijų etapų agregatų bandymus, kelios įmonės sukūrė ir pastatė įvairius stendus. Ypač domina aukšto temperatūros bandymo technika. Kuriant ją, reikėjo sukurti naujas dujų šildymo technologijas. Nuo 1959 iki 1972 m. NII-1 sukūrė daugybę didelės galios plazmatronų, kurie įkaitino dujas iki 3000 ° K ir leido atlikti bandymus aukštoje temperatūroje.
Ypač kuriant „Schemą B“reikėjo sukurti dar sudėtingesnius įrenginius. Tokioms užduotims atlikti reikėjo plazmatrono, kurio išėjimo slėgis buvo šimtai atmosferų, o temperatūra-10-15 tūkstančių K. Iki šeštojo dešimtmečio pabaigos atsirado dujų šildymo technologija, pagrįsta jos sąveika su elektronų pluoštais. galima gauti reikiamas charakteristikas.
Ministrų Tarybos rezoliucijoje buvo numatyta Semipalatinsko poligone pastatyti naują objektą. Ten reikėjo pastatyti bandymų stendą ir eksperimentinį reaktorių tolesniam kuro agregatų ir kitų NRE komponentų bandymui. Visos pagrindinės konstrukcijos buvo pastatytos iki 1961 m., O tuo pačiu metu įvyko pirmasis reaktoriaus paleidimas. Tada daugiakampė įranga buvo kelis kartus tobulinama ir tobulinama. Reaktoriui ir personalui buvo skirti keli požeminiai bunkeriai su reikiama apsauga.
Tiesą sakant, perspektyvaus NRM projektas buvo vienas drąsiausių savo laikmečio įsipareigojimų, todėl paskatino sukurti ir pagaminti daugybę unikalių prietaisų ir bandymo prietaisų. Visi šie stendai leido atlikti daugybę eksperimentų ir surinkti daug įvairių rūšių duomenų, tinkamų įvairiems projektams plėtoti.
„Schema A“
Penktojo dešimtmečio pabaigoje sėkmingiausia ir perspektyviausia „A“tipo variklio versija. Ši koncepcija pasiūlė sukurti branduolinį reaktorių, pagrįstą reaktoriumi su šilumokaičiais, atsakingu už dujinio darbinio skysčio šildymą. Pastarojo išmetimas per purkštuką turėjo sukurti reikiamą trauką. Nepaisant koncepcijos paprastumo, tokių idėjų įgyvendinimas buvo susijęs su daugybe sunkumų.
FA modelis IR-100 reaktoriui
Visų pirma, iškilo šerdies konstrukcijos medžiagų pasirinkimo problema. Reaktoriaus konstrukcija turėjo atlaikyti dideles šilumines apkrovas ir išlaikyti reikiamą stiprumą. Be to, jis turėjo praeiti šiluminius neutronus, tačiau tuo pačiu metu neprarasti savybių dėl jonizuojančiosios spinduliuotės. Taip pat buvo tikimasi netolygaus šilumos susidarymo šerdyje, todėl jo dizainui buvo keliami nauji reikalavimai.
Siekiant ieškoti sprendimų ir patobulinti dizainą, NII-1 buvo surengtas specialus seminaras, kurio metu buvo pagaminti modeliniai kuro mazgai ir kiti pagrindiniai komponentai. Šiame darbo etape buvo išbandyti įvairūs metalai ir lydiniai, taip pat kitos medžiagos. Kuro mazgams gaminti gali būti naudojamas volframas, molibdenas, grafitas, aukštos temperatūros karbidai ir kt. Taip pat buvo atlikta apsauginių dangų paieška, siekiant išvengti konstrukcijos sunaikinimo.
Eksperimentų metu buvo rastos optimalios medžiagos atskiriems NRE komponentams gaminti. Be to, buvo galima patvirtinti esminę galimybę gauti konkretų 850–900 s impulsą. Tai daug žadančiam varikliui suteikė aukščiausią našumą ir didelį pranašumą prieš cheminio kuro sistemas.
Reaktoriaus šerdis buvo maždaug 1 m ilgio ir 50 mm skersmens cilindras. Tuo pačiu metu buvo numatyta sukurti 26 degalų rinkinių variantus su tam tikromis savybėmis. Remiantis vėlesnių bandymų rezultatais, buvo atrinkti sėkmingiausi ir efektyviausi. Rastame kuro mazgų projekte buvo numatyta naudoti dvi kuro kompozicijas. Pirmasis buvo urano-235 (90%) mišinys su niobiu arba cirkonio karbidu. Šis mišinys buvo suformuotas keturių sijų 100 mm ilgio ir 2,2 mm skersmens susukto strypo pavidalu. Antrąją kompoziciją sudarė uranas ir grafitas; jis buvo pagamintas iš šešiakampių prizmių, kurių ilgis 100-200 mm, su 1 mm vidiniu kanalu, turinčiu pamušalą. Strypai ir prizmės buvo dedami į sandarų karščiui atsparų metalinį dėklą.
Surinkimų ir elementų bandymai Semipalatinsko poligone pradėti 1962 m. Dvejus darbo metus įvyko 41 reaktoriaus paleidimas. Visų pirma, mums pavyko rasti efektyviausią pagrindinio turinio versiją. Taip pat buvo patvirtinti visi pagrindiniai sprendimai ir charakteristikos. Visų pirma, visi reaktoriaus mazgai atlaikė šilumines ir radiacines apkrovas. Taigi buvo nustatyta, kad sukurtas reaktorius sugeba išspręsti savo pagrindinę užduotį - tam tikru srautu pašildyti dujinį vandenilį iki 3000-3100 ° K. Visa tai leido pradėti kurti visavertį branduolinį raketinį variklį.
11B91 „Baikale“
Šeštojo dešimtmečio pradžioje buvo pradėtas kurti visavertis NRE, pagrįstas esamais produktais ir pokyčiais. Visų pirma, NII-1 tyrė galimybę sukurti visą skirtingų parametrų raketinių variklių šeimą, tinkančią naudoti įvairiuose raketų technologijų projektuose. Iš šios šeimos jie pirmieji suprojektavo ir pagamino mažos traukos variklį - 36 kN. Toks produktas vėliau galėtų būti panaudotas perspektyvioje viršutinėje pakopoje, tinkamas siųsti erdvėlaivius į kitus dangaus kūnus.
IRGIT reaktorius surinkimo metu
1966 m. NII-1 ir Cheminės automatikos projektavimo biuras pradėjo bendrą darbą kurdami ir projektuodami būsimą branduolinį raketinį variklį. Netrukus variklis gavo indeksus 11B91 ir RD0410. Pagrindinis jo elementas buvo reaktorius, pavadintas IR-100. Vėliau reaktorius buvo pavadintas IRGIT („TVEL grupės tyrimų tyrimas“). Iš pradžių buvo planuojama sukurti du skirtingus branduolinius projektorius. Pirmasis buvo eksperimentinis produktas, skirtas bandymams bandymų vietoje, o antrasis - skrydžio modelis. Tačiau 1970 m. Šie du projektai buvo sujungti siekiant atlikti lauko bandymus. Po to KBHA tapo pirmaujančia naujos sistemos kūrėja.
Naudojant išankstinių tyrimų branduolinės jėgos srityje pasiekimus ir naudojant esamą bandymų bazę, buvo galima greitai nustatyti būsimo 11B91 išvaizdą ir pradėti visavertį techninį projektą.
Tuo pačiu metu „Baikal“suoliukų kompleksas buvo sukurtas būsimiems bandymams bandymų vietoje. Naujasis variklis buvo pasiūlytas išbandyti požeminėje patalpoje su visomis apsaugos priemonėmis. Pateiktos dujinio darbinio skysčio surinkimo ir nusodinimo priemonės. Siekiant išvengti spinduliuotės, dujos turėjo būti laikomos dujų laikikliuose ir tik po to buvo išleistos į atmosferą. Dėl ypatingo darbo sudėtingumo Baikalo kompleksas buvo statomas maždaug 15 metų. Paskutiniai jo objektai buvo baigti po pirmojo bandymų pradžios.
1977 m. Baikalo komplekse buvo paleista antroji bandomųjų gamyklų darbo vieta, aprūpinta įranga, skirta tiekti darbinį skystį vandenilio pavidalu. Rugsėjo 17 d. Buvo atliktas fizinis 11B91 produkto pristatymas. Elektros paleidimas įvyko 1978 m. Kovo 27 d. Liepos 3 d. Ir rugpjūčio 11 d. Buvo atlikti du ugnies bandymai, visiškai naudojant produktą kaip branduolinį reaktorių. Šių bandymų metu reaktorius palaipsniui buvo įjungtas į 24, 33 ir 42 MW galią. Vandenilis buvo pašildytas iki 2630 ° K. Devintojo dešimtmečio pradžioje buvo išbandyti dar du prototipai. Jie rodė galią iki 62–63 MW ir šildė dujas iki 2500 ° K.
RD0410 projektas
Septintojo ir aštuntojo dešimtmečių sandūroje kilo klausimas, kaip sukurti pilnavertį NRM, visiškai tinkamą montuoti raketose ar aukštesnėse pakopose. Buvo suformuota galutinė tokio gaminio išvaizda, o Semipalatinsko bandymų aikštelėje atlikti bandymai patvirtino visas pagrindines dizaino charakteristikas.
Užbaigtas RD0410 variklis pastebimai skyrėsi nuo esamų gaminių. Dėl kitų veikimo principų jis išsiskyrė vienetų sudėtimi, išdėstymu ir net išvaizda. Tiesą sakant, RD0410 buvo suskirstytas į kelis pagrindinius blokus: reaktorių, priemonę darbiniam skysčiui tiekti, šilumokaitį ir purkštuką. Kompaktiškas reaktorius užėmė centrinę padėtį, o likę prietaisai buvo pastatyti šalia. Taip pat YARD reikėjo atskiro skysto vandenilio rezervuaro.
Bendras RD0410 / 11B91 gaminio aukštis siekė 3,5 m, didžiausias skersmuo - 1,6 m. Svoris, atsižvelgiant į radiacinę apsaugą, buvo 2 tonos. Apskaičiuota variklio trauka tuštumoje siekė 35,2 kN arba 3,59 tf. Specifinis impulsas tuštumoje yra 910 kgf • s / kg arba 8927 m / s. Variklis galėjo būti įjungtas 10 kartų. Ištekliai - 1 val. Ateityje atlikus tam tikrus pakeitimus, buvo galima padidinti charakteristikas iki reikiamo lygio.
Yra žinoma, kad tokio branduolinio reaktoriaus pašildytas darbinis skystis turėjo ribotą radioaktyvumą. Nepaisant to, po bandymų jis buvo apgintas, o teritorija, kurioje buvo stendas, turėjo būti uždaryta dienai. Tokio variklio naudojimas Žemės atmosferoje buvo laikomas nesaugiu. Tuo pačiu metu jis gali būti naudojamas kaip dalis viršutinių etapų, kurie pradeda darbą už atmosferos ribų. Po naudojimo tokie blokai turi būti siunčiami į šalinimo orbitą.
Dar šeštajame dešimtmetyje atsirado mintis sukurti branduolinį reaktorių. Pašildytą darbinį skystį galima tiekti į turbiną, prijungtą prie generatoriaus. Tokios jėgainės domino tolesnę astronautikos plėtrą, nes jos leido atsikratyti esamų problemų ir apribojimų elektros energijos gamybai borto įrangai.
Devintajame dešimtmetyje elektrinės idėja pasiekė projektavimo etapą. Buvo kuriamas tokio produkto projektas, pagrįstas varikliu RD0410. Vienas iš eksperimentinių reaktorių IR-100 / IRGIT buvo įtrauktas į eksperimentus šia tema, kurių metu jis veikė su 200 kW generatoriumi.
Nauja aplinka
Pagrindinis teorinis ir praktinis darbas sovietinio NRE su kieto fazės šerdimi tema buvo baigtas iki aštuntojo dešimtmečio vidurio. Pramonė galėtų pradėti kurti stiprintuvo bloką ar kitą raketų ir kosmoso technologiją esamam RD0410 varikliui. Tačiau tokie darbai niekada nebuvo pradėti laiku, ir netrukus jų pradžia tapo neįmanoma.
Šiuo metu kosmoso pramonė neturėjo pakankamai išteklių laiku įgyvendinti visus planus ir idėjas. Be to, netrukus prasidėjo liūdnai pagarsėjusi „Perestroika“, kuri nutraukė pasiūlymų ir įvykių masę. Branduolinių technologijų reputaciją stipriai paveikė Černobylio avarija. Galiausiai tuo laikotarpiu buvo politinių problemų. 1988 m. Visi darbai kieme 11B91 / RD0410 buvo sustabdyti.
Remiantis įvairiais šaltiniais, bent iki 2000 -ųjų pradžios kai kurie Baikalo komplekso objektai vis dar liko Semipalatinsko bandymų vietoje. Be to, ant vieno iš vadinamųjų. eksperimentinis reaktorius vis dar buvo darbo vietoje. KBKhA pavyko pagaminti pilnavertį RD0410 variklį, tinkantį montuoti būsimoje viršutinėje pakopoje. Tačiau jo naudojimo technika liko planuose.
Po RD0410
Pokyčiai branduolinių raketų variklių srityje buvo pritaikyti naujame projekte. 1992 metais nemažai Rusijos įmonių kartu sukūrė dviejų režimų variklį su kieto fazės šerdimi ir darbiniu skysčiu vandenilio pavidalu. Raketinio variklio režimu toks produktas turėtų išvystyti 70 kN trauką, kai specifinis impulsas yra 920 s, o galios režimas suteikia 25 kW elektros energijos. Tokį NRE buvo pasiūlyta naudoti tarpplanetinių erdvėlaivių projektuose.
Deja, tuo metu situacija nebuvo palanki naujų ir drąsių raketų ir kosmoso technologijų kūrimui, todėl antroji branduolinių raketų variklio versija liko popieriuje. Kiek žinoma, vidaus įmonės vis dar rodo tam tikrą susidomėjimą NRE tema, tačiau tokių projektų įgyvendinimas kol kas neatrodo įmanomas ar tikslingas. Nepaisant to, reikia pažymėti, kad vykdydami ankstesnius projektus sovietų ir rusų mokslininkai ir inžinieriai sugebėjo sukaupti daug informacijos ir įgyti svarbios patirties. Tai reiškia, kad kai mūsų šalyje atsiranda poreikis ir atsiranda atitinkama tvarka, galima sukurti naują NRE, panašią į anksčiau išbandytą.
