U prošlosti su vodeće zemlje tražile temeljno nova rješenja na području motora za raketnu i svemirsku tehnologiju. Najhrabriji prijedlozi ticali su se stvaranja tzv. nuklearni raketni motori na bazi reaktora od fisijskog materijala. Kod nas je rad u tom smjeru dao stvarne rezultate u obliku eksperimentalnog motora RD0410. Ipak, ovaj proizvod nije uspio pronaći svoje mjesto u perspektivnim projektima te utjecati na razvoj domaće i svjetske astronautike.
Prijedlozi i projekti
Već pedesetih godina, nekoliko godina prije lansiranja prvog satelita i letjelice s ljudskom posadom, utvrđene su perspektive razvoja raketnih motora na kemijsko gorivo. Potonji je omogućio dobivanje 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 sustava bila su potrebna temeljno nova rješenja.
Izrađen, 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 s najboljim karakteristikama.
Prva verzija motora, označena kao "Shema A", predložila je uporabu reaktora s jezgrom u krutoj fazi i površinama za izmjenu čvrste topline. Druga mogućnost, "Shema B", predviđala je upotrebu reaktora s aktivnom zonom u plinskoj fazi - cijepljiva tvar morala je biti u stanju plazme, a toplinska energija prenosila se u 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 znanstvene, proizvodne i ispitne 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 ispitivanje.
Godine 1958. pojavila se detaljna rezolucija Vijeća ministara koja je odredila tijek daljnjeg rada. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov i S. P. Korolev. Na NII-1 formiran je poseban odjel na čelu s V. M. Ievlev, koji se trebao baviti novim smjerom. Također, u rad je bilo uključeno nekoliko desetaka znanstvenih i dizajnerskih organizacija. Planirano je sudjelovanje Ministarstva obrane. Utvrđen je raspored rada i druge nijanse opsežnog programa.
Nakon toga su svi sudionici projekta 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 ispitivanja
U sklopu razvojnog programa NRE predloženo je primijeniti novi pristup testiranju i testiranju potrebnih jedinica. Istodobno, stručnjaci su se suočili s ozbiljnim problemom. Provjera nekih proizvoda trebala se provesti u nuklearnom reaktoru, no izvođenje takvih aktivnosti bilo je iznimno teško ili čak nemoguće. Testiranje bi moglo biti otežano ekonomskim, organizacijskim ili ekološkim poteškoćama.
Dijagram montaže goriva za IR-100
S tim u vezi razvijene su nove metode ispitivanja proizvoda bez uporabe nuklearnih reaktora. Takve provjere bile su podijeljene 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 u uvjetima visoke temperature. 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 poduzeća razvilo i izgradilo različite štandove. Posebno je zanimljiva tehnika ispitivanja na visokim temperaturama. Tijekom njegova razvoja bilo je potrebno stvoriti nove tehnologije za zagrijavanje plinova. Od 1959. do 1972. NII-1 je razvio niz plazmatrona 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 na temelju njegove interakcije 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 građevine izgrađene su do 1961. godine, a u isto vrijeme došlo je do prvog pokretanja reaktora. Zatim je poligonska oprema nekoliko puta dorađivana i poboljšavana. Nekoliko podzemnih bunkera s potrebnom zaštitom namijenjeno je za smještaj reaktora i osoblja.
Zapravo, projekt obećavajućeg NRM -a bio je jedan od najhrabrijih pothvata svog vremena, pa je stoga doveo do razvoja i izgradnje mase jedinstvenih uređaja i ispitnih instrumenata. Svi ti štandovi omogućili su izvođenje mnogih eksperimenata i prikupljanje velike količine podataka različitih vrsta, pogodnih za razvoj različitih projekata.
Shema A
Još krajem pedesetih najuspješnija i najperspektivnija verzija motora tipa "A". Taj je koncept predložio izgradnju nuklearnog reaktora temeljenog na reaktoru s izmjenjivačima topline odgovornim za zagrijavanje plinovitog radnog fluida. Izbacivanje potonjeg kroz mlaznicu trebalo je stvoriti potreban potisak. Unatoč jednostavnosti koncepta, provedba takvih ideja bila je povezana s nizom poteškoća.
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 istodobno ne izgubiti karakteristike zbog ionizirajućeg zračenja. Očekivalo se i neravnomjerno 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 jezgri. U ovoj fazi rada ispitivani su različiti metali i legure, kao i drugi materijali. Za proizvodnju sklopova goriva mogli su se koristiti volfram, molibden, grafit, visokotemperaturni karbidi itd. Također je izvršena potraga za zaštitnim premazima kako bi se spriječilo uništavanje strukture.
Tijekom pokusa 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. To je obećavajućem motoru dalo najveće performanse i značajnu prednost u odnosu na kemijske sustave goriva.
Jezgra reaktora bila je cilindar dug oko 1 m i promjera 50 mm. Istodobno je bilo predviđeno stvaranje 26 varijanti sklopova goriva s određenim značajkama. Na temelju rezultata naknadnih ispitivanja odabrani su najuspješniji i najučinkovitiji. Pronađeni dizajn sklopova goriva predviđao je upotrebu dva sastava goriva. Prva je bila smjesa urana-235 (90%) s niobijem ili cirkonijevim karbidom. Ova je smjesa oblikovana u obliku uvijene šipke s četiri grede duljine 100 mm i promjera 2,2 mm. Drugi sastav sastojao se od urana i grafita; izrađena je u obliku šesterokutnih prizmi duljine 100-200 mm s unutarnjim kanalom od 1 mm koji je imao oblogu. Štapovi i prizme smješteni su u zapečaćeno metalno kućište otporno na toplinu.
Ispitivanja sklopova i elemenata na poligonu u Semipalatinsku započela su 1962. godine. Za dvije godine rada došlo je do 41 pokretanja reaktora. Prije svega, uspjeli smo pronaći najučinkovitiju verziju temeljnog sadržaja. Potvrđena su i sva veća rješenja i karakteristike. Konkretno, sve jedinice reaktora nosile su se s toplinskim i radijacijskim opterećenjima. Tako je utvrđeno 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 punopravnog nuklearnog raketnog motora.
11B91 na "Bajkalu"
Početkom šezdesetih započeli su radovi na stvaranju punopravnog NRE-a na temelju postojećih proizvoda i razvoja. Prije svega, NII-1 je proučavao mogućnost stvaranja cijele obitelji raketnih motora različitih parametara, prikladnih za uporabu 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, prikladnoj za slanje letjelica na druga nebeska tijela.
IRGIT reaktor tijekom montaže
Godine 1966. NII-1 i Zavod za kemijsku automatiku započeli su zajednički rad na oblikovanju i projektiranju 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 ispitivanje 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 sustava.
Koristeći razvoj u preliminarnim istraživanjima na području nuklearnog pogona, kao i koristeći postojeću testnu bazu, bilo je moguće brzo utvrditi izgled budućeg 11B91 i započeti punopravno tehničko projektiranje.
Istodobno je stvoren kompleks klupa "Baikal" za buduća ispitivanja na poligonu. Predloženo je testiranje novog motora u podzemnom objektu s punim rasponom zaštite. Osigurana 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 gradio se 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 opskrbu radnom tekućinom u obliku vodika. Dana 17. rujna izvršeno je fizičko lansiranje proizvoda 11B91. Pokretanje napajanja dogodilo se 27. ožujka 1978. godine. 3. srpnja i 11. kolovoza provedena su dva požarna ispitivanja s punim radom 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 projekt
Na prijelazu iz sedamdesetih u osamdesete bilo je pitanje stvaranja punopravnog NRM-a, potpuno prikladnog 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 znatno 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. Također, YARD -u je bio potreban zaseban spremnik za tekući vodik.
Ukupna visina proizvoda RD0410 / 11B91 dosegla je 3,5 m, najveći promjer 1,6 m. Težina je, uzimajući u obzir zaštitu od zračenja, bila 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 mogao upaliti 10 puta. Resurs - 1 sat. U budućnosti je pomoću određenih izmjena bilo moguće povećati karakteristike na potrebnu razinu.
Poznato je da je zagrijana radna tekućina takvog nuklearnog reaktora imala ograničenu radioaktivnost. Ipak, nakon ispitivanja, obranjena je, a prostor na kojem se nalazilo postolje moralo se zatvoriti na jedan dan. Korištenje takvog motora u Zemljinoj atmosferi smatralo se nesigurnim. Istodobno, mogao bi se koristiti kao dio gornjih stupnjeva koji započinju s radom izvan atmosfere. Nakon uporabe takve blokove treba poslati u orbitu za odlaganje.
Šezdesetih se pojavila ideja o stvaranju elektrane na temelju nuklearnog reaktora. Zagrijani radni fluid mogao se dovoditi u turbinu povezanu s generatorom. Takve elektrane bile su od interesa za daljnji razvoj astronautike jer su omogućile rješavanje postojećih problema i ograničenja u području proizvodnje električne energije za brodsku opremu.
Osamdesetih godina ideja o elektrani došla je do faze projektiranja. Razrađivao se projekt takvog proizvoda temeljen na motoru RD0410. Jedan od eksperimentalnih reaktora IR-100 / IRGIT bio je uključen u eksperimente na ovu temu, tijekom kojih je osigurao rad generatora snage 200 kW.
Novo okruženje
Glavni teoretski i praktični rad na temu sovjetskog NRE s jezgrom u čvrstoj fazi završen je sredinom osamdesetih. Industrija bi mogla početi razvijati pojačivački blok ili drugu raketnu i svemirsku tehnologiju 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 sredstava za pravodobnu provedbu svih planova i ideja. Osim toga, uskoro je započela zloglasna Perestrojka, koja je stala na kraj masi prijedloga i razvoja. Ugled u nuklearnoj tehnologiji ozbiljno je pogođen nesrećom u Černobilu. Konačno, u tom razdoblju bilo je političkih problema. 1988. prestali su svi radovi na YARD 11B91 / RD0410.
Prema različitim izvorima, barem do početka 2000 -ih neki su objekti kompleksa Bajkala još uvijek ostali na poligonu Semipalatinsk. Štoviše, na jednom od tzv. eksperimentalni reaktor još se nalazio na radnom mjestu. KBKhA je uspjela proizvesti punopravni motor RD0410, prikladan za ugradnju na buduću gornju fazu. Međutim, tehnika njezina korištenja ostala je u planovima.
Nakon RD0410
Razvoj na temu nuklearnih raketnih motora našao je primjenu u novom projektu. Godine 1992. brojna ruska poduzeća zajednički su razvila dvomodni motor s 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 rada snage daje 25 kW električne energije. Takav NRE predložen je za uporabu 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 poduzeća i dalje pokazuju određeni interes za temu NRE, no provedba takvih projekata još se ne čini mogućom niti svrsishodnom. Ipak, valja napomenuti da su u okviru prethodnih projekata sovjetski i ruski znanstvenici 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.
