V preteklosti so vodilne države iskale bistveno nove rešitve na področju motorjev za raketno in vesoljsko tehnologijo. Najbolj drzni predlogi so se nanašali na oblikovanje t.i. jedrski raketni motorji na osnovi reaktorja cepljivega materiala. Pri nas je delo v tej smeri dalo resnične rezultate v obliki poskusnega motorja RD0410. Kljub temu pa ta izdelek ni uspel najti svojega mesta v obetavnih projektih in vplivati na razvoj domače in svetovne astronavtike.
Predlogi in projekti
Že v petdesetih letih, nekaj let pred izstrelitvijo prvega satelita in vesoljskega plovila s posadko, so bile določene možnosti za razvoj raketnih motorjev na kemično gorivo. Slednje je omogočilo pridobitev zelo visokih lastnosti, vendar rast parametrov ni mogla biti neskončna. V prihodnosti so morali motorji "udariti v strop" svojih zmogljivosti. V zvezi s tem so bile za nadaljnji razvoj raketnih in vesoljskih sistemov potrebne bistveno nove rešitve.
Vgrajen, vendar ne preizkušen z RD0410 NRM
Leta 1955 je akademik M. V. Keldysh je dal pobudo za ustvarjanje raketnega motorja posebne zasnove, v katerem bi jedrski reaktor deloval kot vir energije. Razvoj te ideje je bil zaupan NII-1 Ministrstva za letalsko industrijo; V. M. Ievlev. V najkrajšem možnem času so strokovnjaki obdelali glavna vprašanja in predlagali dve možnosti za obetaven NRE z najboljšimi lastnostmi.
Prva različica motorja, imenovana "shema A", je predlagala uporabo reaktorja s trdnofaznim jedrom in trdnimi površinami za izmenjavo toplote. Druga možnost, "shema B", je predvidela uporabo reaktorja z aktivno fazo v plinski fazi - cepljiva snov je morala biti v plazemskem stanju, toplotna energija pa se je s pomočjo sevanja prenesla v delovno tekočino. Strokovnjaki so primerjali obe shemi in menili, da je možnost "A" uspešnejša. V prihodnosti je bil on najbolj aktivno razvit in celo dosegel polnopravne teste.
Vzporedno z iskanjem optimalnih zasnov NRE so se razvijala vprašanja oblikovanja znanstvene, proizvodne in preskusne baze. Tako je leta 1957 V. M. Ievlev je predlagal nov koncept testiranja in natančne nastavitve. Vse glavne konstrukcijske elemente je bilo treba preskusiti na različnih stojnicah in šele nato jih je bilo mogoče sestaviti v eno samo strukturo. V primeru sheme A je ta pristop pomenil oblikovanje reaktorjev v polnem obsegu za preskušanje.
Leta 1958 se je pojavila podrobna resolucija Sveta ministrov, ki je določila potek nadaljnjega dela. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov in S. P. Korolev. Na NII-1 je bil ustanovljen poseben oddelek, ki ga je vodil V. M. Ievlev, ki naj bi se ukvarjal z novo smerjo. V delo je bilo vključenih tudi več deset znanstvenih in oblikovalskih organizacij. Sodelovanje ministrstva za obrambo je bilo načrtovano. Določeni so bili urnik dela in druge nianse obsežnega programa.
Nato so vsi udeleženci projekta tako ali drugače aktivno sodelovali. Poleg tega so v šestdesetih letih dvakrat potekale konference, namenjene izključno temi jedrskega orožja in sorodnim vprašanjem.
Testna baza
V okviru razvojnega programa NRE je bila predlagana uporaba novega pristopa k preskušanju in preskušanju potrebnih enot. Hkrati so se strokovnjaki soočili z resno težavo. Preverjanje nekaterih izdelkov naj bi potekalo v jedrskem reaktorju, vendar je bilo izvajanje takšnih dejavnosti izredno težko ali celo nemogoče. Testiranje bi lahko ovirale gospodarske, organizacijske ali okoljske težave.
Shema sestavljanja goriva za IR-100
V zvezi s tem so bile razvite nove metode preskušanja izdelkov brez uporabe jedrskih reaktorjev. Taka preverjanja so bila razdeljena na tri stopnje. Prva je vključevala študijo procesov v reaktorju na modelih. Nato so morali sestavni deli reaktorja ali motorja prestati mehanske in hidravlične "hladne" preskuse. Šele potem je bilo treba sklope preveriti pri visokih temperaturah. Ločeno, po izdelavi vseh sestavnih delov NRE na stojnicah, je bilo mogoče začeti sestavljati polnopravni poskusni reaktor ali motor.
Za izvedbo tristopenjskih preskusov enot je več podjetij razvilo in zgradilo različne stojnice. Posebno zanimiva je tehnika za preskušanje pri visokih temperaturah. Med njegovim razvojem je bilo treba ustvariti nove tehnologije za ogrevanje plinov. Od leta 1959 do 1972 je NII-1 razvil številne plazmatrone z veliko močjo, ki so segreli pline do 3000 ° K in omogočili izvajanje visokotemperaturnih preskusov.
Zlasti za razvoj "sheme B" je bilo treba razviti še bolj zapletene naprave. Za takšne naloge je bil potreben plazmatron z izhodnim tlakom več sto atmosfer in temperaturo 10-15 tisoč K. Do konca šestdesetih se je pojavila tehnologija ogrevanja plina, ki temelji na njeni interakciji z elektronskimi žarki. mogoče pridobiti zahtevane lastnosti.
Resolucija Sveta ministrov je predvidela gradnjo novega objekta na poligonu Semipalatinsk. Tam je bilo treba zgraditi preskusno mizo in poskusni reaktor za nadaljnje preskušanje gorivnih sklopov in drugih sestavnih delov NRE. Vse glavne strukture so bile zgrajene do leta 1961, hkrati pa je prišlo do prvega zagona reaktorja. Nato je bila poligonska oprema večkrat izboljšana in izboljšana. Za namestitev reaktorja in osebja je bilo namenjenih več podzemnih bunkerjev s potrebno zaščito.
Dejansko je bil projekt obetavnega NRM eden najdrznejših podvigov svojega časa, zato je privedel do razvoja in izdelave množice edinstvenih naprav in preskusnih instrumentov. Vsa ta stojala so omogočila izvedbo številnih poskusov in zbiranje velike količine različnih podatkov, primernih za razvoj različnih projektov.
Shema A
V poznih petdesetih letih je bila najuspešnejša in obetavna različica motorja tipa "A". Ta koncept je predlagal izgradnjo jedrskega reaktorja na osnovi reaktorja s toplotnimi izmenjevalci, ki so odgovorni za segrevanje plinaste delovne tekočine. Izmet slednjega skozi šobo naj bi ustvaril zahtevani potisk. Kljub preprostosti koncepta je bilo izvajanje takšnih idej povezano s številnimi težavami.
Model FA za reaktor IR-100
Najprej se je pojavil problem izbire materialov za gradnjo jedra. Zasnova reaktorja je morala vzdržati visoke toplotne obremenitve in vzdrževati zahtevano trdnost. Poleg tega je moral prenesti toplotne nevtrone, a hkrati zaradi ionizirajočega sevanja ne izgubi lastnosti. Pričakovano je bilo tudi neenakomerno pridobivanje toplote v jedru, kar je postavilo nove zahteve pri njegovi zasnovi.
Za iskanje rešitev in izboljšanje zasnove je bila na NII-1 organizirana posebna delavnica, ki naj bi izdelala vzorčne sklope goriv in druge osnovne komponente. Na tej stopnji dela so bile preizkušene različne kovine in zlitine ter drugi materiali. Za izdelavo gorivnih sklopov bi lahko uporabili volfram, molibden, grafit, visokotemperaturne karbide itd. Izvedeno je bilo tudi iskanje zaščitnih premazov, da bi preprečili uničenje strukture.
Med poskusi so bili najdeni optimalni materiali za izdelavo posameznih sestavin NRE. Poleg tega je bilo mogoče potrditi temeljno možnost pridobivanja posebnega impulza reda 850-900 s. To je obetavnemu motorju dalo največjo zmogljivost in znatno prednost pred sistemi za kemično gorivo.
Jedro reaktorja je bilo valj dolg približno 1 m in premera 50 mm. Hkrati je bilo predvideno ustvariti 26 variant gorivnih sklopov z določenimi lastnostmi. Na podlagi rezultatov kasnejših testov so bili izbrani najuspešnejši in najučinkovitejši. Najdena zasnova gorivnih sklopov je predvidevala uporabo dveh sestavkov goriva. Prva je bila mešanica urana-235 (90%) z niobijevim ali cirkonijevim karbidom. Ta zmes je bila oblikovana v obliki štiristoporne zvite palice dolžine 100 mm in premera 2,2 mm. Drugo sestavo so sestavljali uran in grafit; izdelan je bil v obliki šesterokotnih prizm dolgih 100-200 mm z 1 mm notranjim kanalom, ki je imel podlogo. Palice in prizme so bile nameščene v zapečateno kovinsko ohišje, odporno na toploto.
Preizkusi sklopov in elementov na poligonu Semipalatinsk so se začeli leta 1962. Za dve leti dela je bilo 41 zagonov reaktorjev. Najprej nam je uspelo najti najučinkovitejšo različico osnovne vsebine. Potrjene so bile tudi vse glavne rešitve in lastnosti. Zlasti vse enote reaktorja so se spopadale s toplotnimi in sevalnimi obremenitvami. Tako je bilo ugotovljeno, da je razviti reaktor sposoben rešiti svojo glavno nalogo - segreti plinasti vodik na 3000-3100 ° K pri danem pretoku. Vse to je omogočilo začetek razvoja polnopravnega jedrskega raketnega motorja.
11B91 na "Baikal"
V zgodnjih šestdesetih letih se je začelo delo na ustvarjanju celovitega NRE na podlagi obstoječih izdelkov in razvoja. Najprej je NII-1 preučil možnost ustvarjanja cele družine raketnih motorjev z različnimi parametri, primernimi za uporabo v različnih projektih raketne tehnologije. Iz te družine so prvi oblikovali in izdelali motor z nizkim potiskom - 36 kN. Tak izdelek bi lahko kasneje uporabili v obetavni zgornji stopnji, primerni za pošiljanje vesoljskih plovil na druga nebesna telesa.
Reaktor IRGIT med montažo
Leta 1966 sta NII-1 in projektni biro za kemijsko avtomatiko začela skupno delo pri oblikovanju in oblikovanju prihodnjega jedrskega raketnega motorja. Kmalu je motor prejel indekse 11B91 in RD0410. Njegov glavni element je bil reaktor z imenom IR-100. Kasneje je bil reaktor imenovan IRGIT ("raziskovalni reaktor za skupinske študije TVEL"). Sprva je bilo načrtovano ustvariti dva različna jedrska projektorja. Prvi je bil poskusni izdelek za testiranje na poligonu, drugi pa model leta. Vendar sta bila leta 1970 oba projekta združena z namenom izvajanja terenskih preskusov. Po tem je KBHA postala vodilni razvijalec novega sistema.
Z razvojem predhodnih raziskav na področju jedrskega pogona in z uporabo obstoječe preskusne baze je bilo mogoče hitro določiti videz prihodnjega 11B91 in začeti polnopravno tehnično zasnovo.
Hkrati je bil ustvarjen komplet klopi "Baikal" za prihodnje preskuse na poligonu. Predlagano je bilo, da se novi motor preskusi v podzemnem objektu s celotno paleto zaščite. Zagotovljena so bila sredstva za zbiranje in usedanje plinaste delovne tekočine. Da bi se izognili emisiji sevanja, je bilo treba plin hraniti v posodah za plin, šele nato pa se je lahko sprostil v ozračje. Zaradi posebne zapletenosti del se kompleks Baikal gradi približno 15 let. Zadnji njegovi predmeti so bili dokončani po začetku preskusov na prvem.
Leta 1977 so v kompleksu Baikal naročili drugo delovno postajo za pilotne naprave, opremljeno s sredstvi za dovajanje delovne tekočine v obliki vodika. 17. septembra je bil izveden fizični zagon izdelka 11B91. Zagon električne energije je bil 27. marca 1978. 3. julija in 11. avgusta sta bila izvedena dva požarna preizkusa s polnim delovanjem izdelka kot jedrskega reaktorja. V teh preskusih je bil reaktor postopoma pripeljan na moč 24, 33 in 42 MW. Vodik smo segreli na 2630 ° K. V zgodnjih osemdesetih letih sta bila preizkušena še dva prototipa. Pokazali so moč do 62-63 MW in ogrevali plin do 2500 ° K.
Projekt RD0410
Ob prelomu v sedemdeseta in osemdeseta leta je bilo vprašanje ustvariti polnopravni NRM, popolnoma primeren za namestitev na rakete ali zgornje stopnje. Končni videz takega izdelka je bil oblikovan, testi na poligonu Semipalatinsk pa so potrdili vse glavne značilnosti oblikovanja.
Končni motor RD0410 se je opazno razlikoval od obstoječih izdelkov. Odlikovala ga je sestava enot, postavitev in celo videz zaradi drugih načel delovanja. Dejansko je bil RD0410 razdeljen na več glavnih blokov: reaktor, sredstvo za dovajanje delovne tekočine ter toplotni izmenjevalec in šobo. Kompaktni reaktor je zasedel osrednji položaj, ostale naprave pa so bile postavljene poleg njega. YARD je potreboval tudi ločen rezervoar za tekoči vodik.
Skupna višina izdelka RD0410 / 11B91 je dosegla 3,5 m, največji premer je bil 1,6 m. Teža je ob upoštevanju zaščite pred sevanjem znašala 2 toni. Izračunani potisk motorja v praznino je dosegel 35,2 kN ali 3,59 tf. Specifični impulz v praznini je 910 kgf • s / kg ali 8927 m / s. Motor se lahko vklopi 10 -krat. Viri - 1 ura. Z nekaterimi spremembami v prihodnosti je bilo mogoče lastnosti povečati na zahtevano raven.
Znano je, da je imela ogrevana delovna tekočina takega jedrskega reaktorja omejeno radioaktivnost. Kljub temu so ga po testih zagovarjali, območje, kjer je bilo stojalo, pa je bilo treba za en dan zapreti. Uporaba takega motorja v zemeljski atmosferi je veljala za nevarno. Hkrati se lahko uporablja kot del zgornjih stopenj, ki začnejo delovati zunaj ozračja. Po uporabi je treba takšne bloke poslati v orbito za odlaganje.
Že v šestdesetih letih se je pojavila ideja o ustvarjanju elektrarne na osnovi jedrskega reaktorja. Ogrevano delovno tekočino lahko dovajamo v turbino, priključeno na generator. Takšne elektrarne so bile zanimive za nadaljnji razvoj astronavtike, saj so omogočile odpravo obstoječih težav in omejitev na področju pridobivanja električne energije za opremo na krovu.
V osemdesetih letih je ideja o elektrarni prišla v fazo projektiranja. Projekt takega izdelka na osnovi motorja RD0410 je bil v pripravi. Eden od poskusnih reaktorjev IR-100 / IRGIT je bil vključen v poskuse na to temo, med katerimi je zagotovil delovanje generatorja 200 kW.
Novo okolje
Glavno teoretsko in praktično delo na temo sovjetskega NRE s trdnofaznim jedrom je bilo zaključeno sredi osemdesetih let. Industrija bi lahko začela razvijati ojačevalni blok ali drugo raketno in vesoljsko tehnologijo za obstoječi motor RD0410. Vendar se takšna dela nikoli niso začela pravočasno in kmalu je njihov začetek postal nemogoč.
V tem času vesoljska industrija ni imela dovolj sredstev za pravočasno izvedbo vseh načrtov in zamisli. Poleg tega se je kmalu začela razvpita perestrojka, ki je končala množico predlogov in razvoja. Črnobilska nesreča je močno prizadela ugled jedrske tehnologije. Končno so se v tem obdobju pojavile politične težave. Leta 1988 so bila vsa dela na YARD 11B91 / RD0410 ustavljena.
Po različnih virih so vsaj do začetka 2000 -ih nekateri predmeti bajkalskega kompleksa še vedno ostali na poskusnem poligonu Semipalatinsk. Še več, na enem od tako imenovanih. poskusni reaktor je bil še vedno na delovnem mestu. KBKhA je uspelo izdelati polnopravni motor RD0410, primeren za namestitev na prihodnjo zgornjo stopnjo. Vendar je tehnika njegove uporabe ostala v načrtih.
Po RD0410
Dogodki na temo jedrskih raketnih motorjev so našli uporabo v novem projektu. Leta 1992 so številna ruska podjetja skupaj razvila dvomotorni motor s trdnofaznim jedrom in delovno tekočino v obliki vodika. V načinu raketnega motorja bi moral tak izdelek razviti potisk 70 kN s specifičnim impulzom 920 s, način delovanja pa 25 kW električne energije. Takšen NRE je bil predlagan za uporabo pri projektih medplanetarnih vesoljskih plovil.
Žal takrat razmere niso bile naklonjene ustvarjanju nove in drzne raketne in vesoljske tehnologije, zato je druga različica jedrskega raketnega motorja ostala na papirju. Kolikor je znano, domača podjetja še vedno kažejo določen interes za temo NRE, vendar se izvajanje takšnih projektov še ne zdi možno ali smotrno. Kljub temu je treba opozoriti, da so v okviru prejšnjih projektov sovjetski in ruski znanstveniki in inženirji lahko zbrali veliko informacij in pridobili pomembne izkušnje. To pomeni, da se lahko, ko se pojavi potreba in pojavi ustrezen red pri nas, ustvari nov NRE, podoben tistemu, ki je bil preizkušen v preteklosti.
