În trecut, țările de frunte căutau soluții fundamental noi în domeniul motoarelor pentru rachete și tehnologia spațială. Cele mai îndrăznețe propuneri se refereau la crearea așa-numitelor. motoare rachete nucleare bazate pe un reactor de material fisibil. În țara noastră, munca în această direcție a dat rezultate reale sub forma unui motor RD0410 experimental. Cu toate acestea, acest produs nu a reușit să-și găsească locul în proiecte promițătoare și să influențeze dezvoltarea astronauticii interne și mondiale.
Propuneri și proiecte
Deja în anii cincizeci, cu câțiva ani înainte de lansarea primului satelit și a unei nave spațiale pilotate, au fost stabilite perspectivele dezvoltării motoarelor rachete pe combustibil chimic. Acesta din urmă a făcut posibilă obținerea unor caracteristici foarte ridicate, dar creșterea parametrilor nu putea fi infinită. În viitor, motoarele trebuiau să „lovească plafonul” capacităților lor. În acest sens, pentru dezvoltarea în continuare a sistemelor de rachete și spațiu, au fost necesare în mod fundamental soluții noi.
Construit, dar nu testat de RD0410 NRM
În 1955, academicianul M. V. Keldysh a venit cu o inițiativă de a crea un motor rachetă cu un design special, în care un reactor nuclear să acționeze ca o sursă de energie. Dezvoltarea acestei idei a fost încredințată NII-1 a Ministerului Industriei Aviației; V. M. Ievlev. În cel mai scurt timp posibil, specialiștii au elaborat principalele probleme și au propus două opțiuni pentru un NRE promițător cu cele mai bune caracteristici.
Prima versiune a motorului, denumită „Schema A”, a propus utilizarea unui reactor cu miez în fază solidă și suprafețe de schimb de căldură solide. A doua opțiune, „Schema B”, prevedea utilizarea unui reactor cu o zonă activă în fază gazoasă - substanța fissilă trebuia să fie în stare de plasmă, iar energia termică să fie transferată fluidului de lucru prin radiație. Experții au comparat cele două scheme și au considerat opțiunea „A” mai reușită. În viitor, el a fost cel mai activ antrenat și chiar a ajuns la teste depline.
În paralel cu căutarea proiectelor optime ale NRE, au fost elaborate problemele creării unei baze științifice, de producție și de testare. Deci, în 1957 V. M. Ievlev a propus un nou concept pentru testare și reglare fină. Toate elementele structurale principale au trebuit testate la diferite standuri și numai după aceea au putut fi asamblate într-o singură structură. În cazul Schemei A, această abordare a implicat crearea de reactoare la scară largă pentru testare.
În 1958, a apărut o rezoluție detaliată a Consiliului de Miniștri, care a determinat cursul lucrărilor ulterioare. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov și S. P. Korolev. La NII-1 s-a format un departament special, condus de V. M. Ievlev, care urma să se ocupe de o nouă direcție. De asemenea, câteva lucrări de organizații științifice și de proiectare au fost implicate în lucrare. A fost planificată participarea Ministerului Apărării. Programul de lucru și alte nuanțe ale programului extins au fost determinate.
Ulterior, toți participanții la proiect au interacționat activ într-un fel sau altul. În plus, în anii șaizeci, au avut loc conferințe de două ori, dedicate exclusiv subiectului armelor nucleare și problemelor conexe.
Baza de testare
Ca parte a programului de dezvoltare NRE, s-a propus aplicarea unei noi abordări pentru testarea și testarea unităților necesare. În același timp, specialiștii s-au confruntat cu o problemă gravă. Verificarea unor produse ar fi trebuit efectuată într-un reactor nuclear, dar desfășurarea unor astfel de activități a fost extrem de dificilă sau chiar imposibilă. Testarea ar putea fi împiedicată de dificultăți economice, organizaționale sau de mediu.
Schema de asamblare a combustibilului pentru IR-100
În acest sens, au fost dezvoltate noi metode de testare a produselor fără utilizarea reactoarelor nucleare. Astfel de verificări au fost împărțite în trei etape. Primul a implicat studiul proceselor din reactor pe modele. Apoi, componentele reactorului sau motorului au trebuit să treacă teste mecanice și hidraulice „la rece”. Abia atunci ansamblurile au trebuit verificate în condiții de temperatură ridicată. Separat, după ce au fost elaborate toate componentele NRE la standuri, a fost posibil să se înceapă asamblarea unui reactor sau motor experimental cu drepturi depline.
Pentru a efectua teste în trei etape ale unităților, mai multe întreprinderi au dezvoltat și construit diverse standuri. Tehnica pentru testarea la temperaturi ridicate prezintă un interes deosebit. În timpul dezvoltării sale, a fost necesar să se creeze noi tehnologii pentru încălzirea gazelor. Din 1959 până în 1972, NII-1 a dezvoltat o serie de plasmatroni de mare putere care au încălzit gazele până la 3000 ° K și au făcut posibilă efectuarea testelor la temperaturi ridicate.
În special pentru dezvoltarea „Schemei B” a fost necesar să se dezvolte dispozitive și mai complexe. Pentru astfel de sarcini, a fost necesar un plasmatron cu o presiune de ieșire de sute de atmosfere și o temperatură de 10-15 mii K. Până la sfârșitul anilor șaizeci, a apărut tehnologia de încălzire a gazelor bazată pe interacțiunea sa cu fasciculele de electroni, ceea ce a făcut-o posibil să se obțină caracteristicile necesare.
Rezoluția Consiliului de Miniștri prevedea construirea unei noi facilități la locul de testare Semipalatinsk. Acolo a fost necesar să se construiască un banc de testare și un reactor experimental pentru testarea ulterioară a ansamblurilor de combustibil și a altor componente ale NRE. Toate structurile principale au fost construite până în 1961 și, în același timp, a avut loc prima pornire a reactorului. Apoi echipamentul poligon a fost rafinat și îmbunătățit de mai multe ori. Mai multe buncăruri subterane cu protecția necesară au fost destinate să găzduiască reactorul și personalul.
De fapt, proiectul unui NRM promițător a fost una dintre cele mai îndrăznețe întreprinderi ale timpului său și, prin urmare, a condus la dezvoltarea și construirea unei mase de dispozitive și instrumente de testare unice. Toate aceste standuri au permis desfășurarea multor experimente și colectarea unei cantități mari de date de diferite tipuri, potrivite pentru dezvoltarea de proiecte diverse.
„Schema A”
La sfârșitul anilor cincizeci, cea mai reușită și promițătoare versiune a motorului de tip „A”. Acest concept a propus construirea unui reactor nuclear bazat pe un reactor cu schimbătoare de căldură responsabile de încălzirea fluidului de lucru gazos. Ejectarea acestuia din urmă prin duză trebuia să creeze forța necesară. În ciuda simplității conceptului, implementarea unor astfel de idei a fost asociată cu o serie de dificultăți.
Model FA pentru reactorul IR-100
În primul rând, a apărut problema alegerii materialelor pentru construcția miezului. Proiectarea reactorului trebuia să reziste la sarcini termice ridicate și să mențină rezistența necesară. În plus, a trebuit să treacă neutroni termici, dar în același timp să nu piardă caracteristici datorită radiațiilor ionizante. De asemenea, era de așteptat o producție inegală de căldură în miez, ceea ce a impus noi cerințe în ceea ce privește designul său.
Pentru a căuta soluții și a rafina designul, a fost organizat un atelier special la NII-1, care urma să realizeze modele de ansambluri de combustibil și alte componente de bază. În această etapă a lucrării, au fost testate diferite metale și aliaje, precum și alte materiale. Pentru fabricarea ansamblurilor de combustibil, s-ar putea folosi tungsten, molibden, grafit, carburi de temperatură înaltă etc. De asemenea, a fost efectuată o căutare a straturilor de protecție pentru a preveni distrugerea structurii.
În cursul experimentelor, s-au găsit materialele optime pentru fabricarea componentelor individuale ale NRE. În plus, a fost posibil să se confirme posibilitatea fundamentală de a obține un impuls specific de ordinul 850-900 s. Acest lucru a oferit motorului promițător cele mai înalte performanțe și un avantaj semnificativ față de sistemele de combustibil chimic.
Miezul reactorului era un cilindru de aproximativ 1 m lungime și 50 mm diametru. În același timp, sa avut în vedere crearea a 26 de variante de ansambluri de combustibil cu anumite caracteristici. Pe baza rezultatelor testelor ulterioare, au fost selectate cele mai reușite și eficiente. Proiectul găsit al ansamblurilor de combustibil prevedea utilizarea a două compoziții de combustibil. Primul a fost un amestec de uraniu-235 (90%) cu niobiu sau carbură de zirconiu. Acest amestec a fost turnat sub forma unei tije răsucite cu patru grinzi de 100 mm lungime și 2,2 mm diametru. A doua compoziție a constat din uraniu și grafit; a fost realizat sub formă de prisme hexagonale lungi de 100-200 mm cu un canal interior de 1 mm care avea o căptușeală. Tijele și prismele au fost așezate într-o carcasă metalică etanșă rezistentă la căldură.
Testele ansamblurilor și elementelor de la locul de testare Semipalatinsk au început în 1962. Timp de doi ani de muncă, au avut loc 41 de porniri de reactoare. În primul rând, am reușit să găsim cea mai eficientă versiune a conținutului de bază. Toate soluțiile și caracteristicile majore au fost, de asemenea, confirmate. În special, toate unitățile reactorului au făcut față sarcinilor termice și radiaționale. Astfel, s-a constatat că reactorul dezvoltat este capabil să-și rezolve sarcina principală - încălzirea hidrogenului gazos la 3000-3100 ° K la un debit dat. Toate acestea au făcut posibilă începerea dezvoltării unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline.
11B91 pe „Baikal”
La începutul anilor șaizeci, s-a început lucrul la crearea unui NRE cu drepturi depline bazat pe produse și dezvoltări existente. În primul rând, NII-1 a studiat posibilitatea de a crea o întreagă familie de motoare cu rachete cu parametri diferiți, potrivite pentru utilizarea în diverse proiecte de tehnologie a rachetelor. Din această familie, au fost primii care au proiectat și construit un motor cu tracțiune redusă - 36 kN. Un astfel de produs ar putea fi folosit ulterior într-un stadiu superior promițător, potrivit pentru trimiterea navei spațiale către alte corpuri cerești.
Reactorul IRGIT în timpul asamblării
În 1966, NII-1 și Biroul de proiectare chimică au început lucrările comune pentru a modela și proiecta viitorul motor rachetă nucleară. În curând motorul a primit indicii 11B91 și RD0410. Elementul său principal a fost un reactor numit IR-100. Ulterior, reactorul a fost numit IRGIT („Reactor de cercetare pentru studii de grup ale TVEL”). Inițial, a fost planificată crearea a două proiectoare nucleare diferite. Primul a fost un produs experimental pentru testare la locul de testare, iar al doilea a fost un model de zbor. Cu toate acestea, în 1970, cele două proiecte au fost combinate în vederea efectuării de teste de teren. După aceea, KBHA a devenit principalul dezvoltator al noului sistem.
Folosind evoluțiile cercetărilor preliminare în domeniul propulsiei nucleare, precum și folosind baza de testare existentă, a fost posibil să se determine rapid aspectul viitorului 11B91 și să se înceapă un proiect tehnic complet.
În același timp, complexul de bancă „Baikal” a fost creat pentru testări viitoare la locul de testare. S-a propus ca noul motor să fie testat într-o instalație subterană cu o gamă completă de protecție. Au fost furnizate mijloace pentru colectarea și decantarea fluidului gazos de lucru. Pentru a evita emisia de radiații, gazul a trebuit să fie păstrat în recipiente și numai după aceea ar putea fi eliberat în atmosferă. Datorită complexității deosebite a lucrărilor, complexul Baikal a fost în construcție de aproximativ 15 ani. Ultimul obiect a fost finalizat după începerea testelor pe primul.
În 1977, la complexul Baikal, a fost pusă în funcțiune o a doua stație de lucru pentru instalațiile pilot, echipată cu un mijloc de furnizare a unui fluid de lucru sub formă de hidrogen. Pe 17 septembrie a fost efectuată lansarea fizică a produsului 11B91. Pornirea electrică a avut loc pe 27 martie 1978. În 3 iulie și 11 august, au fost efectuate două teste de incendiu cu funcționarea completă a produsului ca reactor nuclear. În aceste teste, reactorul a fost adus treptat la o putere de 24, 33 și 42 MW. Hidrogenul a fost încălzit la 2630 ° K. La începutul anilor '80, au fost testate alte două prototipuri. Au arătat o putere de până la 62-63 MW și gaz încălzit până la 2500 ° K.
Proiect RD0410
La începutul anilor șaptezeci și optzeci, era vorba de crearea unui NRM cu drepturi depline, pe deplin potrivit pentru instalarea pe rachete sau trepte superioare. Aspectul final al unui astfel de produs a fost format, iar testele la locul de testare Semipalatinsk au confirmat toate caracteristicile principale de proiectare.
Motorul RD0410 finit a fost semnificativ diferit de produsele existente. S-a remarcat prin compoziția unităților, aspectul și chiar aspectul, datorită altor principii de funcționare. De fapt, RD0410 a fost împărțit în mai multe blocuri principale: un reactor, mijloc pentru alimentarea unui fluid de lucru și a unui schimbător de căldură și a unei duze. Reactorul compact a ocupat o poziție centrală, iar restul dispozitivelor au fost plasate lângă el. De asemenea, YARD avea nevoie de un rezervor separat pentru hidrogen lichid.
Înălțimea totală a produsului RD0410 / 11B91 a atins 3,5 m, diametrul maxim a fost de 1,6 m. Greutatea, ținând cont de protecția împotriva radiațiilor, a fost de 2 tone. Puterea calculată a motorului în gol a atins 35,2 kN sau 3,59 tf. Impulsul specific în gol este de 910 kgf • s / kg sau 8927 m / s. Motorul ar putea fi pornit de 10 ori. Resursă - 1 oră. Prin anumite modificări în viitor, a fost posibil să se mărească caracteristicile la nivelul cerut.
Se știe că fluidul de lucru încălzit al unui astfel de reactor nuclear avea radioactivitate limitată. Cu toate acestea, după teste, a fost apărat, iar zona în care se afla standul a trebuit să fie închisă pentru o zi. Utilizarea unui astfel de motor în atmosfera Pământului a fost considerată nesigură. În același timp, ar putea fi folosit ca parte a etapelor superioare care încep să lucreze în afara atmosferei. După utilizare, astfel de blocuri trebuie trimise pe orbita de eliminare.
În anii șaizeci, a apărut ideea creării unei centrale pe bază de reactor nuclear. Fluidul de lucru încălzit ar putea fi alimentat la o turbină conectată la un generator. Astfel de centrale au fost de interes pentru dezvoltarea în continuare a astronauticii, deoarece au făcut posibilă scăderea problemelor și restricțiilor existente în domeniul generării de energie electrică pentru echipamentele de la bord.
În anii optzeci, ideea unei centrale electrice a ajuns la stadiul de proiectare. Se lucra la un proiect al unui astfel de produs bazat pe motorul RD0410. Unul dintre reactoarele experimentale IR-100 / IRGIT a fost implicat în experimente pe această temă, în timpul cărora a furnizat funcționarea unui generator de 200 kW.
Un mediu nou
Principalele lucrări teoretice și practice pe tema NRE sovietic cu un nucleu în fază solidă au fost finalizate la mijlocul anilor optzeci. Industria ar putea începe să dezvolte un bloc de rapel sau altă tehnologie rachetă și spațială pentru motorul RD0410 existent. Cu toate acestea, astfel de lucrări nu au fost niciodată începute la timp și în curând începutul lor a devenit imposibil.
În acest moment, industria spațială nu dispunea de resurse suficiente pentru implementarea la timp a tuturor planurilor și ideilor. În plus, în curând a început notoria Perestroika, care a pus capăt masei de propuneri și evoluții. Reputația tehnologiei nucleare a fost grav afectată de accidentul de la Cernobâl. În cele din urmă, au existat probleme politice în acea perioadă. În 1988, toate lucrările la YARD 11B91 / RD0410 au fost oprite.
Potrivit diverselor surse, cel puțin până la începutul anilor 2000, unele obiecte ale complexului Baikal au rămas în continuare la locul de testare Semipalatinsk. Mai mult, pe una dintre așa-numitele. reactorul experimental era încă amplasat la locul de muncă. KBKhA a reușit să fabrice un motor RD0410 cu drepturi depline, potrivit pentru instalarea pe o etapă superioară viitoare. Cu toate acestea, tehnica de utilizare a rămas în planuri.
După RD0410
Evoluțiile cu privire la motoarele rachete nucleare și-au găsit aplicarea într-un nou proiect. În 1992, o serie de întreprinderi rusești au dezvoltat împreună un motor cu două moduri cu un miez în fază solidă și un fluid de lucru sub formă de hidrogen. În modul motor rachetă, un astfel de produs ar trebui să dezvolte o tracțiune de 70 kN cu un impuls specific de 920 s, iar modul de putere furnizează 25 kW de putere electrică. Un astfel de NRE a fost propus pentru utilizare în proiecte de nave spațiale interplanetare.
Din păcate, la acea vreme situația nu conducea la crearea unei noi și îndrăznețe rachete și tehnologii spațiale și, prin urmare, a doua versiune a motorului de rachetă nucleară a rămas pe hârtie. Din câte se știe, întreprinderile naționale arată încă un anumit interes față de subiectul NRE, dar implementarea unor astfel de proiecte nu pare încă posibilă sau oportună. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în cadrul proiectelor anterioare, oamenii de știință și inginerii sovietici și ruși au reușit să acumuleze o cantitate semnificativă de informații și să câștige experiență importantă. Aceasta înseamnă că atunci când apare o nevoie și apare o ordine corespunzătoare în țara noastră, se poate crea un nou NRE similar cu cel testat în trecut.
