Tidigare letade de ledande länderna efter fundamentalt nya lösningar inom motorområdet för raket- och rymdteknik. De mest vågade förslagen gällde skapandet av den s.k. kärnkraftsraketmotorer baserade på en reaktor med klyvbart material. I vårt land gav arbete i denna riktning verkliga resultat i form av en experimentell RD0410 -motor. Ändå lyckades denna produkt inte hitta sin plats i lovande projekt och påverka utvecklingen av inhemsk och världs astronautik.
Förslag och projekt
Redan på femtiotalet, några år före lanseringen av den första satelliten och ett bemannat rymdfarkoster, bestämdes utsikterna för utveckling av raketmotorer på kemiskt bränsle. Det senare gjorde det möjligt att få mycket höga egenskaper, men tillväxten av parametrarna kunde inte vara oändlig. I framtiden var motorerna tvungna att "slå i taket" av deras kapacitet. I detta avseende, för vidareutveckling av raket- och rymdsystem, krävdes i grunden nya lösningar.
Byggd, men inte testad av RD0410 NRM
År 1955 beskrev akademikern M. V. Keldysh kom med ett initiativ för att skapa en raketmotor av speciell design, där en kärnreaktor skulle fungera som energikälla. Utvecklingen av denna idé anförtrotts till NII-1 från luftfartsministeriet; V. M. Ievlev. På kortast möjliga tid utarbetade specialisterna huvudfrågorna och föreslog två alternativ för ett lovande NRE med de bästa egenskaperna.
Den första versionen av motorn, betecknad "Schema A", föreslog användning av en reaktor med en fastfasskärna och fasta värmeväxlarytor. Det andra alternativet, "Schema B", tänkte använda en reaktor med en gasfasaktiv zon - den klyvbara substansen måste vara i plasmatillstånd och den termiska energin överfördes till arbetsvätskan med hjälp av strålning. Experter jämförde de två systemen och ansåg att alternativet "A" var mer framgångsrikt. I framtiden var det han som mest aktivt tränade och till och med nådde fullvärdiga tester.
Parallellt med sökandet efter de optimala konstruktionerna för NRE arbetade man med att utarbeta frågorna om att skapa en vetenskaplig, produktions- och testbas. Så 1957 V. M. Ievlev föreslog ett nytt koncept för testning och finjustering. Alla de viktigaste strukturella elementen måste testas på olika ställningar, och först efter det kunde de sättas ihop till en enda struktur. I fallet med Schema A innebar detta tillvägagångssätt skapandet av fullskaliga reaktorer för testning.
År 1958 uppträdde en detaljerad resolution från ministerrådet som bestämde förloppet för det fortsatta arbetet. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov och S. P. Korolev. Vid NII-1 bildades en särskild avdelning med V. M. Ievlev, som skulle ta itu med en ny riktning. Flera dussin vetenskapliga och designorganisationer var också involverade i arbetet. Försvarsministeriets deltagande var planerat. Arbetsschemat och andra nyanser av det omfattande programmet bestämdes.
Därefter interagerade alla projektdeltagare aktivt på ett eller annat sätt. Dessutom hölls på sextiotalet konferenser två gånger, uteslutande för temat kärnvapen och relaterade frågor.
Testbas
Som en del av NRE -utvecklingsprogrammet föreslogs att man skulle tillämpa en ny metod för att testa och testa nödvändiga enheter. Samtidigt stod specialisterna inför ett allvarligt problem. Verifieringen av vissa produkter var tänkt att utföras i en kärnreaktor, men att utföra sådana aktiviteter var extremt svårt eller till och med omöjligt. Testning kan hämmas av ekonomiska, organisatoriska eller miljömässiga svårigheter.
Bränslemonteringsschema för IR-100
I detta avseende utvecklades nya metoder för att testa produkter utan användning av kärnreaktorer. Sådana kontroller delades in i tre steg. Den första involverade studier av processer i reaktorn på modeller. Sedan fick komponenterna i reaktorn eller motorn klara mekaniska och hydrauliska "kalla" tester. Först då måste enheterna kontrolleras under högtemperaturförhållanden. Separat, efter att ha utarbetat alla komponenter i NRE på läktaren, var det möjligt att börja montera en fullvärdig experimentell reaktor eller motor.
För att utföra tester i tre steg av enheter har flera företag utvecklat och byggt olika ställningar. Teknik för högtemperaturprovning är av särskilt intresse. Under utvecklingen var det nödvändigt att skapa ny teknik för uppvärmning av gaser. Från 1959 till 1972 utvecklade NII-1 ett antal kraftfulla plasmatroner som värmde gaser upp till 3000 ° K och gjorde det möjligt att utföra högtemperaturprov.
Speciellt för utvecklingen av "Schema B" var det nödvändigt att utveckla ännu mer komplexa enheter. För sådana uppgifter krävdes en plasmatron med ett utmatningstryck på hundratals atmosfärer och en temperatur på 10-15 tusen K. Vid slutet av sextiotalet uppstod tekniken för gasuppvärmning baserad på dess interaktion med elektronstrålar, vilket gjorde att den möjligt att få de egenskaper som krävs.
Ministerrådets resolution föreskrev byggandet av en ny anläggning vid Semipalatinsk -testplatsen. Där var det nödvändigt att bygga en testbänk och en experimentell reaktor för vidare testning av bränslepatroner och andra komponenter i NRE. Alla huvudstrukturer byggdes 1961 och samtidigt skedde den första uppstarten av reaktorn. Sedan förfinades och förbättrades polygonutrustningen flera gånger. Flera underjordiska bunkrar med nödvändigt skydd var avsedda att rymma reaktorn och personalen.
Faktum är att ett lovande NRM -projekt var ett av sin tids mest vågade företag och därför ledde till utveckling och konstruktion av en massa unika enheter och testinstrument. Alla dessa ställningar gjorde det möjligt att utföra många experiment och samla in en stor mängd data av olika slag, lämpliga för utveckling av olika projekt.
Schema A
Tillbaka i slutet av femtiotalet, den mest framgångsrika och lovande versionen av motortypen "A". Detta koncept föreslog konstruktion av en kärnreaktor baserad på en reaktor med värmeväxlare som ansvarar för uppvärmning av den gasformiga arbetsvätskan. Utkastningen av den senare genom munstycket var tänkt att skapa den erforderliga dragkraften. Trots konceptets enkelhet var genomförandet av sådana idéer förknippat med ett antal svårigheter.
FA-modell för IR-100 reaktor
Först och främst uppstod problemet med val av material för konstruktion av kärnan. Reaktorns konstruktion var tvungen att motstå höga värmebelastningar och bibehålla den erforderliga hållfastheten. Dessutom måste den passera termiska neutroner, men samtidigt inte förlora egenskaper på grund av joniserande strålning. Ojämn värmeproduktion i kärnan förväntades också, vilket ställde nya krav på dess design.
För att söka efter lösningar och förfina designen anordnades en särskild verkstad vid NII-1, som skulle göra modellbränslepatroner och andra kärnkomponenter. Vid detta skede av arbetet testades olika metaller och legeringar, liksom andra material. För tillverkning av bränslepatroner kan volfram, molybden, grafit, högtemperaturkarbider etc. användas. Dessutom sökte man efter skyddande beläggningar för att förhindra förstörelse av strukturen.
Under experimentens gång hittades de optimala materialen för tillverkning av enskilda komponenter i NRE. Dessutom var det möjligt att bekräfta den grundläggande möjligheten att erhålla en specifik impuls i storleksordningen 850-900 s. Detta gav den lovande motorn högsta prestanda och en betydande fördel jämfört med kemiska bränslesystem.
Reaktorkärnan var en cylinder ca 1 m lång och 50 mm i diameter. Samtidigt var det tänkt att skapa 26 varianter av bränslepatroner med vissa funktioner. Baserat på resultaten från efterföljande tester valdes de mest framgångsrika och effektiva ut. Den hittade konstruktionen av bränslepatroner möjliggjorde användning av två bränslekompositioner. Den första var en blandning av uran-235 (90%) med niob eller zirkoniumkarbid. Denna blandning formades i form av en fyrbalkad tvinnad stång 100 mm lång och 2,2 mm i diameter. Den andra kompositionen bestod av uran och grafit; den gjordes i form av sexkantiga prismor 100-200 mm långa med en 1 mm inre kanal som hade ett foder. Stavarna och prismorna placerades i ett förseglat värmebeständigt metallhölje.
Tester av sammansättningar och element på Semipalatinsk -testplatsen började 1962. Under två års arbete genomfördes 41 reaktorstart. Först och främst lyckades vi hitta den mest effektiva versionen av kärninnehållet. Alla större lösningar och egenskaper bekräftades också. I synnerhet klarade alla enheter i reaktorn värme- och strålningsbelastningar. Således visade det sig att den utvecklade reaktorn kan lösa sin huvuduppgift - att värma gasformigt väte till 3000-3100 ° K vid en given flödeshastighet. Allt detta gjorde det möjligt att börja utveckla en fullvärdig kärnraketmotor.
11B91 om "Baikal"
I början av sextiotalet började arbetet med att skapa ett fullfjädrat NRE baserat på befintliga produkter och utvecklingar. Först och främst studerade NII-1 möjligheten att skapa en hel familj raketmotorer med olika parametrar, lämpliga för användning i olika raketteknologiska projekt. Från denna familj var de de första att designa och bygga en motor med låg dragkraft - 36 kN. En sådan produkt kan senare användas i ett lovande övre skede, lämpligt för att skicka rymdfarkoster till andra himlakroppar.
IRGIT -reaktor under montering
År 1966 började NII-1 och Chemical Automatics Design Bureau gemensamt arbete med att forma och designa den framtida kärnkraftsraketmotorn. Snart fick motorn index 11B91 och RD0410. Dess huvudelement var en reaktor med namnet IR-100. Senare fick reaktorn namnet IRGIT ("Forskningsreaktor för gruppstudier av TVEL"). Inledningsvis var det planerat att skapa två olika kärnkraftsprojektorer. Den första var en experimentell produkt för testning på testplatsen, och den andra var en flygmodell. Men 1970 kombinerades de två projekten med sikte på att genomföra fälttester. Därefter blev KBHA den ledande utvecklaren av det nya systemet.
Med hjälp av utvecklingen inom preliminär forskning inom kärnkraftsdrivning, liksom med hjälp av den befintliga testbasen, var det möjligt att snabbt bestämma utseendet på den framtida 11B91 och börja en fullvärdig teknisk design.
Samtidigt skapades bänkkomplexet "Baikal" för framtida tester på testplatsen. Den nya motorn föreslogs att testas i en underjordisk anläggning med ett komplett utbud av skydd. Medel för uppsamling och sedimentering av den gasformiga arbetsvätskan tillhandahålls. För att undvika strålning måste gasen förvaras i spännhållare, och först efter det kunde den släppas ut i atmosfären. På grund av arbetets speciella komplexitet har Baikal -komplexet varit under uppbyggnad i cirka 15 år. Det sista av dess objekt slutfördes efter teststart på det första.
1977, vid Baikal -komplexet, togs en andra arbetsstation för pilotanläggningar i drift, utrustad med ett sätt att leverera en arbetsvätska i form av väte. Den 17 september genomfördes den fysiska lanseringen av 11B91 -produkten. Strömstart ägde rum den 27 mars 1978. Den 3 juli och den 11 augusti genomfördes två brandprov med full drift av produkten som en kärnreaktor. I dessa tester kom reaktorn gradvis till makten 24, 33 och 42 MW. Vätet upphettades till 2630 ° K. I början av åttiotalet testades två andra prototyper. De visade effekt upp till 62-63 MW och uppvärmd gas upp till 2500 ° K.
RD0410 projekt
Vid sjuttiotalet och åttiotalet var det frågan om att skapa ett fullfjädrat NRM, fullt lämpligt för installation på missiler eller övre etapper. Det slutliga utseendet på en sådan produkt bildades och tester på Semipalatinsk -testplatsen bekräftade alla huvuddesignegenskaper.
Den färdiga RD0410 -motorn skilde sig märkbart från befintliga produkter. Det utmärktes av enheternas sammansättning, layouten och till och med utseendet på grund av andra driftsprinciper. Faktum är att RD0410 var uppdelad i flera huvudblock: en reaktor, medel för att tillföra en arbetsvätska och en värmeväxlare och ett munstycke. Den kompakta reaktorn intog en central position, och resten av enheterna placerades bredvid den. YARD behövde också en separat tank för flytande väte.
Den totala höjden på RD0410 / 11B91 -produkten nådde 3,5 m, den maximala diametern var 1,6 m. Vikten, med hänsyn tagen till strålskydd, var 2 ton. Den beräknade dragkraften för motorn i tomrummet nådde 35,2 kN eller 3,59 tf. Den specifika impulsen i tomrummet är 910 kgf • s / kg eller 8927 m / s. Motorn kunde startas 10 gånger. Resurs - 1 timme. Med hjälp av vissa ändringar i framtiden var det möjligt att öka egenskaperna till önskad nivå.
Det är känt att den uppvärmda arbetsvätskan i en sådan kärnreaktor hade begränsad radioaktivitet. Ändå, efter testerna, försvarades det och området där läktaren låg måste stängas för ett dygn. Användningen av en sådan motor i jordens atmosfär ansågs osäker. Samtidigt kan den användas som en del av de övre stadierna som börjar arbeta utanför atmosfären. Efter användning ska sådana block skickas till omhändertagandebana.
Redan på sextiotalet dök upp tanken på att skapa ett kraftverk baserat på en kärnreaktor. Den uppvärmda arbetsvätskan kan matas till en turbin ansluten till en generator. Sådana kraftverk var av intresse för den fortsatta utvecklingen av astronautiken, eftersom de gjorde det möjligt att bli av med de befintliga problemen och restriktionerna inom elproduktion för utrustning ombord.
På åttiotalet nådde idén om ett kraftverk designstadiet. Ett projekt av en sådan produkt baserat på RD0410 -motorn höll på att utarbetas. En av de experimentella reaktorerna IR-100 / IRGIT var inblandad i experiment på detta ämne, under vilket den gav driften av en 200 kW generator.
Ny miljö
Det huvudsakliga teoretiska och praktiska arbetet med ämnet Sovjetiska NRE med en fast fas-kärna slutfördes i mitten av åttiotalet. Industrin skulle kunna börja utveckla ett förstärkningsblock eller annan raket- och rymdteknik för den befintliga RD0410 -motorn. Sådana verk startades dock aldrig i tid, och snart blev deras start omöjlig.
Vid denna tidpunkt hade rymdindustrin inte tillräckligt med resurser för ett tidigt genomförande av alla planer och idéer. Dessutom började snart den ökända Perestroika, som satte stopp för massan av förslag och utvecklingar. Kärnteknikens rykte påverkades hårt av olyckan i Tjernobyl. Slutligen fanns det politiska problem under den perioden. 1988 stoppades allt arbete på YARD 11B91 / RD0410.
Enligt olika källor, åtminstone fram till början av 2000 -talet, fanns fortfarande några föremål från Baikal -komplexet kvar på Semipalatinsk -testplatsen. Dessutom på en av de sk. den experimentella reaktorn var fortfarande placerad på arbetsplatsen. KBKhA lyckades tillverka en fullfjädrad RD0410-motor, lämplig för installation på en framtida övre scen. Tekniken för att använda den fanns dock kvar i planerna.
Efter RD0410
Utvecklingen på området kärnkraftsraketmotorer har funnits tillämpning i ett nytt projekt. År 1992 utvecklade ett antal ryska företag tillsammans en tvålägesmotor med en fastfasskärna och en arbetsvätska i form av väte. I raketmotormod bör en sådan produkt utveckla en dragkraft på 70 kN med en specifik impuls på 920 s, och effektläget ger 25 kW elektrisk kraft. En sådan NRE föreslogs för användning i interplanetära rymdfarkostprojekt.
Tyvärr var situationen då inte gynnsam för skapandet av ny och vågad raket- och rymdteknik, och därför fanns den andra versionen av kärnraketmotorn kvar på papper. Såvitt är känt visar inhemska företag fortfarande ett visst intresse för ämnet NRE, men genomförandet av sådana projekt verkar ännu inte möjligt eller ändamålsenligt. Det bör dock noteras att inom ramen för tidigare projekt kunde sovjetiska och ryska forskare och ingenjörer samla en betydande mängd information och få viktig erfarenhet. Detta innebär att när ett behov uppstår och en motsvarande ordning uppstår i vårt land kan en ny NRE skapas liknande den som testats tidigare.
