Tidligere var de ledende landene på jakt etter fundamentalt nye løsninger innen motorer for rakett- og romteknologi. De mest vågale forslagene gjaldt opprettelsen av den såkalte. kjernefysiske rakettmotorer basert på en reaktor med fissilt materiale. I vårt land ga arbeid i denne retningen reelle resultater i form av en eksperimentell RD0410 -motor. Likevel klarte ikke dette produktet å finne sin plass i lovende prosjekter og å påvirke utviklingen av innenriks og verdens astronautikk.
Forslag og prosjekter
Allerede på femtitallet, noen år før oppskytingen av den første satellitten og et bemannet romfartøy, ble utsiktene for utvikling av rakettmotorer på kjemisk drivstoff bestemt. Sistnevnte gjorde det mulig å oppnå svært høye egenskaper, men veksten av parameterne kunne ikke være uendelig. I fremtiden måtte motorene "treffe taket" av deres evner. I den forbindelse var det nødvendig med grunnleggende nye løsninger for videre utvikling av rakett- og romsystemer.
Bygget, men ikke testet av RD0410 NRM
I 1955, akademiker M. V. Keldysh kom med et initiativ for å lage en rakettmotor med en spesiell design, der en atomreaktor ville fungere som energikilde. Utviklingen av denne ideen ble betrodd NII-1 fra luftfartsdepartementet; V. M. Ievlev. På kortest mulig tid utarbeidet spesialistene hovedspørsmålene og foreslo to alternativer for et lovende NRE med de beste egenskapene.
Den første versjonen av motoren, betegnet som "skjema A", foreslo bruk av en reaktor med en solidfaset kjerne og faste varmevekslingsflater. Det andre alternativet, "skjema B", tenkte på bruk av en reaktor med en gassfaseaktiv sone - det fissile stoffet måtte være i plasmatilstand, og termisk energi ble overført til arbeidsfluidet ved hjelp av stråling. Eksperter sammenlignet de to ordningene og vurderte alternativet "A" som mer vellykket. I fremtiden var det han som var mest aktivt trent og til og med nådde fullverdige tester.
Parallelt med søket etter de optimale designene til NRE, ble problemstillingene om å lage en vitenskapelig, produksjons- og testbase utarbeidet. Så, i 1957, V. M. Ievlev foreslo et nytt konsept for testing og finjustering. Alle de viktigste strukturelle elementene måtte testes på forskjellige stativer, og først etter det kunne de settes sammen til en enkelt struktur. Når det gjelder skjema A, innebar denne tilnærmingen etableringen av reaktorer i full skala for testing.
I 1958 dukket det opp en detaljert resolusjon fra Ministerrådet, som bestemte løpet av det videre arbeidet. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov og S. P. Korolev. På NII-1 ble det dannet en spesiell avdeling, ledet av V. M. Ievlev, som skulle håndtere en ny retning. Flere titalls vitenskapelige og designorganisasjoner var også involvert i arbeidet. Forsvarsdepartementets deltakelse var planlagt. Arbeidsplanen og andre nyanser av det omfattende programmet ble bestemt.
Deretter interagerte alle prosjektdeltakere aktivt på en eller annen måte. I tillegg ble det på sekstitallet avholdt konferanser to ganger, utelukkende viet temaet atomvåpen og relaterte spørsmål.
Testbase
Som en del av NRE utviklingsprogram ble det foreslått å anvende en ny tilnærming til testing og testing av nødvendige enheter. Samtidig sto spesialistene overfor et alvorlig problem. Verifiseringen av noen produkter skulle utføres i en atomreaktor, men det var ekstremt vanskelig eller umulig å utføre slike aktiviteter. Testing kan bli hemmet av økonomiske, organisatoriske eller miljømessige vanskeligheter.
Drivstoffmonteringsdiagram for IR-100
I denne forbindelse ble nye metoder for testing av produkter utviklet uten bruk av atomreaktorer. Slike kontroller ble delt inn i tre trinn. Den første involverte studiet av prosesser i reaktoren på modeller. Da måtte komponentene i reaktoren eller motoren bestå mekaniske og hydrauliske "kalde" tester. Først da måtte enhetene kontrolleres under forhold med høy temperatur. Hver for seg, etter å ha utarbeidet alle komponentene i NRE på tribunene, var det mulig å begynne å sette sammen en fullverdig eksperimentell reaktor eller motor.
For å utføre tretrinnstester av enheter, har flere virksomheter utviklet og bygget forskjellige stativer. Spesiell interesse er teknikk for testing av høy temperatur. Under utviklingen var det nødvendig å lage nye teknologier for oppvarming av gasser. Fra 1959 til 1972 utviklet NII-1 en rekke kraftige plasmatroner som varmet gasser opp til 3000 ° K og gjorde det mulig å utføre tester med høy temperatur.
Spesielt for utviklingen av "Scheme B" var det nødvendig å utvikle enda mer komplekse enheter. For slike oppgaver var det nødvendig med en plasmatron med et utgangstrykk på hundrevis av atmosfærer og en temperatur på 10-15 tusen K. På slutten av sekstitallet dukket opp teknologien for gassoppvarming basert på samspillet med elektronstråler, noe som gjorde det mulig å oppnå de nødvendige egenskapene.
Resolusjonen fra Ministerrådet sørget for bygging av et nytt anlegg på Semipalatinsk -teststedet. Der var det nødvendig å bygge en testbenk og en eksperimentell reaktor for videre testing av drivstoffaggregater og andre komponenter i NRE. Alle hovedkonstruksjonene ble bygget i 1961, og samtidig skjedde den første oppstarten av reaktoren. Deretter ble polygonutstyret raffinert og forbedret flere ganger. Flere underjordiske bunkere med nødvendig beskyttelse var ment for å imøtekomme reaktoren og personellet.
Faktisk var prosjektet til et lovende NRM et av de mest vågale foretakene i sin tid, og førte derfor til utvikling og konstruksjon av en masse unike enheter og testinstrumenter. Alle disse stativene gjorde det mulig å utføre mange eksperimenter og samle en stor mengde data av forskjellige slag, egnet for utvikling av forskjellige prosjekter.
Opplegg A
Tilbake på slutten av femtitallet, den mest vellykkede og lovende versjonen av motortypen "A". Dette konseptet foreslo bygging av en atomreaktor basert på en reaktor med varmevekslere som er ansvarlige for oppvarming av det gassformige arbeidsfluidet. Utkastet av sistnevnte gjennom dysen skulle skape den nødvendige skyvekraften. Til tross for konseptets enkelhet, var implementeringen av slike ideer forbundet med en rekke vanskeligheter.
FA-modell for IR-100 reaktor
Først av alt oppsto problemet med valg av materialer for konstruksjon av kjernen. Reaktorens design måtte tåle høye termiske belastninger og opprettholde den nødvendige styrken. I tillegg måtte den passere termiske nøytroner, men samtidig ikke miste egenskaper på grunn av ioniserende stråling. Det ble også forventet ujevn varmeproduksjon i kjernen, noe som stilte nye krav til designen.
For å søke etter løsninger og forfine designet ble det organisert et spesielt verksted på NII-1, som skulle lage modelldrivstoffsamlinger og andre kjernekomponenter. På dette stadiet av arbeidet ble forskjellige metaller og legeringer, i tillegg til andre materialer, testet. For fremstilling av drivstoffaggregater kan wolfram, molybden, grafitt, høytemperaturkarbider etc. brukes. Det ble også søkt etter beskyttende belegg for å forhindre ødeleggelse av strukturen.
I løpet av forsøkene ble de optimale materialene for fremstilling av individuelle komponenter i NRE funnet. I tillegg var det mulig å bekrefte den grunnleggende muligheten for å få en spesifikk impuls i størrelsesorden 850-900 s. Dette ga den lovende motoren den høyeste ytelsen og en betydelig fordel i forhold til kjemiske drivstoffsystemer.
Reaktorkjernen var en sylinder omtrent 1 m lang og 50 mm i diameter. Samtidig ble det tenkt å lage 26 varianter av drivstoffaggregater med visse funksjoner. Basert på resultatene av påfølgende tester, ble de mest vellykkede og effektive valgt. Den funnet utformingen av drivstoffaggregater sørget for bruk av to drivstoffsammensetninger. Den første var en blanding av uran-235 (90%) med niob eller zirkoniumkarbid. Denne blandingen ble støpt i form av en fire-bjelke vridd stang 100 mm lang og 2,2 mm i diameter. Den andre sammensetningen besto av uran og grafitt; den ble laget i form av sekskantede prismer 100-200 mm lange med en 1 mm indre kanal som hadde en foring. Stengene og prismen ble plassert i en forseglet varmebestandig metallkasse.
Tester av samlinger og elementer på Semipalatinsk teststed begynte i 1962. I to års arbeid fant 41 oppstart av reaktorer sted. Først og fremst klarte vi å finne den mest effektive versjonen av kjerneinnholdet. Alle viktige løsninger og egenskaper ble også bekreftet. Spesielt taklet alle enhetene i reaktoren termiske belastninger og strålingsbelastninger. Dermed ble det funnet at den utviklede reaktoren er i stand til å løse hovedoppgaven - å varme gassformig hydrogen til 3000-3100 ° K ved en gitt strømningshastighet. Alt dette gjorde det mulig å begynne å utvikle en fullverdig atomrakettmotor.
11B91 om "Baikal"
På begynnelsen av sekstitallet begynte arbeidet med opprettelsen av et fullverdig NRE basert på eksisterende produkter og utviklinger. Først og fremst studerte NII-1 muligheten for å lage en hel familie rakettmotorer med forskjellige parametere, egnet for bruk i forskjellige rakettteknologiske prosjekter. Fra denne familien var de de første som designet og bygde en motor med lav drivkraft - 36 kN. Et slikt produkt kan senere brukes i et lovende øvre stadium, egnet for å sende romfartøy til andre himmellegemer.
IRGIT -reaktor under montering
I 1966 begynte NII-1 og Chemical Automatics Design Bureau felles arbeid for å forme og designe den fremtidige atomrakettmotoren. Snart mottok motoren indeksene 11B91 og RD0410. Hovedelementet var en reaktor ved navn IR-100. Senere fikk reaktoren navnet IRGIT ("Research reactor for group studies of TVEL"). I utgangspunktet var det planlagt å lage to forskjellige atomprojektorer. Den første var et eksperimentelt produkt for testing på teststedet, og det andre var en flymodell. Imidlertid ble de to prosjektene i 1970 kombinert med tanke på å gjennomføre felttester. Etter det ble KBHA den ledende utvikleren av det nye systemet.
Ved å bruke utviklingen i foreløpig forskning innen kjernefysisk fremdrift, så vel som å bruke den eksisterende testbasen, var det mulig å raskt bestemme utseendet til den fremtidige 11B91 og starte en fullverdig teknisk design.
Samtidig ble benkekomplekset "Baikal" opprettet for fremtidige tester på teststedet. Den nye motoren ble foreslått testet i et underjordisk anlegg med et komplett spekter av beskyttelse. Det ble gitt midler for oppsamling og sedimentering av gassformet arbeidsvæske. For å unngå utslipp av stråling måtte gassen oppbevares i gasholdere, og først etter det kunne den slippes ut i atmosfæren. På grunn av arbeidets spesielle kompleksitet har Baikal -komplekset vært under bygging i omtrent 15 år. Den siste av objektene ble fullført etter at testene startet på den første.
I 1977, på Baikal -komplekset, ble en annen arbeidsstasjon for pilotanlegg tatt i bruk, utstyrt med et middel for å levere et arbeidsfluid i form av hydrogen. 17. september ble den fysiske lanseringen av 11B91 -produktet utført. Strømoppstart fant sted 27. mars 1978. 3. juli og 11. august ble to brannprøver utført med full drift av produktet som en atomreaktor. I disse testene ble reaktoren gradvis brakt til makten 24, 33 og 42 MW. Hydrogenet ble oppvarmet til 2630 ° K. På begynnelsen av åttitallet ble to andre prototyper testet. De viste effekt opp til 62-63 MW og oppvarmet gass opp til 2500 ° K.
RD0410 prosjekt
På begynnelsen av syttitallet og åttitallet var det et spørsmål om å lage et fullverdig NRM, fullt egnet for installasjon på missiler eller øvre etapper. Det endelige utseendet til et slikt produkt ble dannet, og tester på Semipalatinsk -teststedet bekreftet alle de viktigste designegenskapene.
Den ferdige RD0410 -motoren var merkbart forskjellig fra eksisterende produkter. Det ble preget av enhetens sammensetning, utformingen og til og med utseendet på grunn av andre driftsprinsipper. Faktisk var RD0410 delt inn i flere hovedblokker: en reaktor, midler for tilførsel av et arbeidsfluid og en varmeveksler og en dyse. Den kompakte reaktoren inntok en sentral posisjon, og resten av enhetene ble plassert ved siden av den. YARD trengte også en egen tank for flytende hydrogen.
Den totale høyden på RD0410 / 11B91 -produktet nådde 3,5 m, maksimal diameter var 1,6 m. Vekten, tatt i betraktning strålebeskyttelse, var 2 tonn. Den beregnede kraften til motoren i tomrommet nådde 35,2 kN eller 3,59 tf. Den spesifikke impulsen i tomrommet er 910 kgf • s / kg eller 8927 m / s. Motoren kunne slås på 10 ganger. Ressurs - 1 time. Ved hjelp av visse modifikasjoner i fremtiden var det mulig å øke egenskapene til det nødvendige nivået.
Det er kjent at det oppvarmede arbeidsfluidet i en slik atomreaktor hadde begrenset radioaktivitet. Likevel, etter testene, ble den forsvaret, og området der stativet lå måtte stenges i et døgn. Bruken av en slik motor i jordens atmosfære ble ansett som utrygg. Samtidig kan den brukes som en del av øvre etapper som begynner arbeidet utenfor atmosfæren. Etter bruk skal slike blokker sendes til deponeringsbanen.
På sekstitallet dukket det opp ideen om å lage et kraftverk basert på en atomreaktor. Det oppvarmede arbeidsvæsken kan mates til en turbin som er koblet til en generator. Slike kraftverk var av interesse for den videre utviklingen av astronautikken, siden de gjorde det mulig å kvitte seg med de eksisterende problemene og restriksjonene innen generering av elektrisitet til utstyr om bord.
På åttitallet nådde ideen om et kraftverk designfasen. Et prosjekt med et slikt produkt basert på RD0410 -motoren ble utarbeidet. En av de eksperimentelle reaktorene IR-100 / IRGIT var involvert i eksperimenter på dette emnet, der den ga driften av en 200 kW generator.
Nytt miljø
Det viktigste teoretiske og praktiske arbeidet med sovjetisk NRE med en solidfaset kjerne ble fullført på midten av åttitallet. Industrien kan begynne å utvikle en boosterblokk eller annen rakett- og romteknologi for den eksisterende RD0410 -motoren. Imidlertid ble slike arbeider aldri startet i tide, og snart ble starten umulig.
På dette tidspunktet hadde ikke rombransjen nok ressurser til rettidig implementering av alle planer og ideer. I tillegg begynte den beryktede Perestroika snart, noe som satte en stopper for mengden av forslag og utviklinger. Atomteknologiens rykte ble sterkt påvirket av Tsjernobyl -ulykken. Til slutt var det politiske problemer i denne perioden. I 1988 ble alt arbeid på YARD 11B91 / RD0410 stoppet.
Ifølge forskjellige kilder, i hvert fall fram til begynnelsen av 2000 -tallet, var noen gjenstander av Baikal -komplekset fortsatt igjen på Semipalatinsk -teststedet. Videre på en av de såkalte. den eksperimentelle reaktoren var fremdeles lokalisert på arbeidsplassen. KBKhA klarte å produsere en fullverdig RD0410-motor, egnet for installasjon på en fremtidig øvre etappe. Imidlertid forble teknikken for å bruke den i planene.
Etter RD0410
Utviklingen innen atomrakettmotorer har funnet anvendelse i et nytt prosjekt. I 1992 utviklet en rekke russiske virksomheter i fellesskap en to-modus motor med en solidfaset kjerne og en arbeidsvæske i form av hydrogen. I rakettmotormodus bør et slikt produkt utvikle et trykk på 70 kN med en spesifikk impuls på 920 s, og effektmodusen gir 25 kW elektrisk kraft. En slik NRE ble foreslått for bruk i interplanetære romfartøyprosjekter.
Dessverre var situasjonen på den tiden ikke befordrende for opprettelsen av ny og vågal rakett- og romteknologi, og derfor forble den andre versjonen av atomrakettmotoren på papir. Så langt det er kjent, viser innenlandske foretak fremdeles en viss interesse for emnet NRE, men gjennomføringen av slike prosjekter virker ennå ikke mulig eller hensiktsmessig. Likevel bør det bemerkes at innenfor rammen av tidligere prosjekter, sovjetiske og russiske forskere og ingeniører var i stand til å samle en betydelig mengde informasjon og få viktig erfaring. Dette betyr at når et behov oppstår og en tilsvarende ordre oppstår i landet vårt, kan det opprettes et nytt NRE som ligner det som ble testet tidligere.
