Tidligere ledte de førende lande grundlæggende nye løsninger inden for motorer til raket- og rumteknologi. De mest vovede forslag vedrørte oprettelsen af det såkaldte. nukleare raketmotorer baseret på en reaktor med fissilt materiale. I vores land gav arbejde i denne retning reelle resultater i form af en eksperimentel RD0410 -motor. Ikke desto mindre formåede dette produkt ikke at finde sin plads i lovende projekter og påvirke udviklingen af indenlandske og verdens astronautik.
Forslag og projekter
Allerede i halvtredserne, få år før opsendelsen af den første satellit og et bemandet rumfartøj, blev udsigterne for udviklingen af raketmotorer på kemisk brændstof bestemt. Sidstnævnte gjorde det muligt at opnå meget høje karakteristika, men væksten af parametrene kunne ikke være uendelig. I fremtiden skulle motorerne "ramme loftet" i deres kapacitet. I den forbindelse krævede man grundlæggende nye løsninger til den videre udvikling af raket- og rumsystemer.
Bygget, men ikke testet af RD0410 NRM
I 1955 blev akademiker M. V. Keldysh kom med et initiativ til at oprette en raketmotor af et specielt design, hvor en atomreaktor ville fungere som energikilde. Udviklingen af denne idé blev overdraget til NII-1 i ministeriet for luftfartsindustri; V. M. Ievlev. På kortest mulig tid udarbejdede specialisterne hovedspørgsmålene og foreslog to muligheder for et lovende NRE med de bedste egenskaber.
Den første version af motoren, betegnet "skema A", foreslog brug af en reaktor med en fastfase-kerne og faste varmevekslingsoverflader. Den anden mulighed, "Skema B", forestillede brug af en reaktor med en gasfase aktiv zone - det fissile stof skulle være i plasmatilstand, og den termiske energi blev overført til arbejdsvæsken ved hjælp af stråling. Eksperter sammenlignede de to ordninger og fandt valgmulighed "A" mere vellykket. I fremtiden var det ham, der var mest aktivt trænet og endda nåede fuldgyldige tests.
Parallelt med søgen efter de optimale designs af NRE blev spørgsmålene om at skabe en videnskabelig, produktions- og testbase udarbejdet. Så i 1957 V. M. Ievlev foreslog et nyt koncept til test og finjustering. Alle de vigtigste strukturelle elementer skulle testes på forskellige stativer, og først derefter kunne de samles til en enkelt struktur. I tilfælde af skema A indebar denne tilgang oprettelsen af reaktorer i fuld skala til test.
I 1958 dukkede en detaljeret resolution fra Ministerrådet op, som bestemte forløbet for det videre arbejde. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov og S. P. Korolev. På NII-1 blev der dannet en særlig afdeling, ledet af V. M. Ievlev, der skulle håndtere en ny retning. Flere dusin videnskabelige og designorganisationer var også involveret i arbejdet. Forsvarsministeriets deltagelse var planlagt. Arbejdsplanen og andre nuancer i det omfattende program blev fastlagt.
Efterfølgende interagerede alle projektdeltagere aktivt på en eller anden måde. Derudover blev der i tresserne afholdt konferencer to gange, der udelukkende var dedikeret til emnet atomvåben og beslægtede spørgsmål.
Testbase
Som en del af NRE -udviklingsprogrammet blev det foreslået at anvende en ny tilgang til at teste og teste de nødvendige enheder. Samtidig stod specialisterne over for et alvorligt problem. Verifikationen af nogle produkter skulle udføres i en atomreaktor, men det var ekstremt svært eller endog umuligt at udføre sådanne aktiviteter. Test kan være hæmmet af økonomiske, organisatoriske eller miljømæssige vanskeligheder.
Brændstofmonteringsdiagram til IR-100
I denne forbindelse blev der udviklet nye metoder til test af produkter uden brug af atomreaktorer. Sådanne kontroller blev opdelt i tre faser. Den første involverede undersøgelse af processer i reaktoren på modeller. Derefter skulle komponenterne i reaktoren eller motoren bestå mekaniske og hydrauliske "kolde" test. Først da skulle samlingerne kontrolleres under høje temperaturforhold. Separat, efter at have udarbejdet alle komponenterne i NRE på tribunerne, var det muligt at begynde at samle en fuldgyldig eksperimentel reaktor eller motor.
For at udføre test i tre trin af enheder har flere virksomheder udviklet og bygget forskellige stande. Teknik til test af høj temperatur er af særlig interesse. Under udviklingen var det nødvendigt at skabe nye teknologier til opvarmning af gasser. Fra 1959 til 1972 udviklede NII-1 en række højeffektive plasmatroner, der opvarmede gasser op til 3000 ° K og gjorde det muligt at udføre test ved høj temperatur.
Især for udviklingen af "Skema B" var det nødvendigt at udvikle endnu mere komplekse enheder. Til sådanne opgaver krævede man en plasmatron med et udgangstryk på hundredvis af atmosfærer og en temperatur på 10-15 tusinde K. I slutningen af tresserne dukkede gasopvarmningsteknologien baseret på dets interaktion med elektronstråler op, hvilket gjorde det muligt at opnå de nødvendige egenskaber.
Ministerrådets beslutning indeholdt opførelse af et nyt anlæg på Semipalatinsk -teststedet. Der var det nødvendigt at bygge en testbænk og en eksperimentel reaktor til yderligere test af brændstofsamlinger og andre komponenter i NRE. Alle hovedstrukturer blev bygget i 1961, og samtidig fandt den første opstart af reaktoren sted. Derefter blev polygonudstyret raffineret og forbedret flere gange. Flere underjordiske bunkere med den nødvendige beskyttelse var beregnet til at rumme reaktoren og personalet.
Faktisk var projektet med en lovende NRM en af sin tids mest vovede virksomheder og førte derfor til udviklingen og konstruktionen af en masse unikke enheder og testinstrumenter. Alle disse stande gjorde det muligt at udføre mange eksperimenter og indsamle en stor mængde data af forskellig art, der er velegnet til udvikling af forskellige projekter.
Skema A
Tilbage i slutningen af halvtredserne, den mest succesrige og lovende version af motortypen "A". Dette koncept foreslog konstruktion af en atomreaktor baseret på en reaktor med varmevekslere, der er ansvarlige for opvarmning af det gasformige arbejdsfluid. Udkastning af sidstnævnte gennem dysen skulle skabe det nødvendige tryk. På trods af konceptets enkelhed var implementeringen af sådanne ideer forbundet med en række vanskeligheder.
FA model for IR-100 reaktor
Først og fremmest opstod problemet med valg af materialer til konstruktion af kernen. Reaktorens design skulle modstå høje termiske belastninger og opretholde den krævede styrke. Derudover skulle den passere termiske neutroner, men samtidig ikke miste egenskaber på grund af ioniserende stråling. Der blev også forventet en ujævn varmeproduktion i kernen, hvilket stillede nye krav til dets design.
For at søge efter løsninger og forfine designet blev der arrangeret et særligt værksted på NII-1, som skulle lave modelbrændstofsamlinger og andre kernekomponenter. På denne fase af arbejdet blev forskellige metaller og legeringer samt andre materialer testet. Til fremstilling af brændstofsamlinger kan wolfram, molybdæn, grafit, højtemperaturcarbider osv. Anvendes. Der blev også søgt efter beskyttende belægninger for at forhindre ødelæggelse af strukturen.
I løbet af eksperimenterne blev de optimale materialer til fremstilling af individuelle komponenter i NRE fundet. Derudover var det muligt at bekræfte den grundlæggende mulighed for at opnå en specifik impuls i størrelsesordenen 850-900 sek. Dette gav den lovende motor den højeste ydelse og en betydelig fordel i forhold til kemiske brændstofsystemer.
Reaktorkernen var en cylinder, der var ca. 1 m lang og 50 mm i diameter. Samtidig blev det overvejet at oprette 26 varianter af brændstofaggregater med visse funktioner. Baseret på resultaterne af efterfølgende test blev de mest succesrige og effektive udvalgt. Det fundne design af brændstofaggregater tilvejebragte brug af to brændstofsammensætninger. Den første var en blanding af uran-235 (90%) med niob eller zirconiumcarbid. Denne blanding blev formet i form af en fire-bjælket snoet stang 100 mm lang og 2,2 mm i diameter. Den anden sammensætning bestod af uran og grafit; den blev fremstillet i form af sekskantede prismer 100-200 mm lange med en 1 mm indre kanal, der havde en foring. Stængerne og prismerne blev anbragt i et forseglet varmebestandigt metalhus.
Test af samlinger og elementer på Semipalatinsk -teststedet begyndte i 1962. I to års arbejde fandt 41 start af reaktorer sted. Først og fremmest lykkedes det os at finde den mest effektive version af kerneindholdet. Alle større løsninger og egenskaber blev også bekræftet. Især alle enheder i reaktoren klarede termiske og strålende belastninger. Det blev således fundet, at den udviklede reaktor er i stand til at løse sin hovedopgave - at opvarme gasformigt hydrogen til 3000-3100 ° K ved en given strømningshastighed. Alt dette gjorde det muligt at begynde at udvikle en fuldgyldig atomraketmotor.
11B91 om "Baikal"
I begyndelsen af tresserne begyndte arbejdet med oprettelsen af et fuldgyldigt NRE baseret på eksisterende produkter og udviklinger. Først og fremmest undersøgte NII-1 muligheden for at oprette en hel familie af raketmotorer med forskellige parametre, der er velegnede til brug i forskellige raketteknologiske projekter. Fra denne familie var de de første til at designe og bygge en motor med lav fremdrift - 36 kN. Et sådant produkt kunne senere bruges i et lovende overstadie, der er egnet til at sende rumfartøjer til andre himmellegemer.
IRGIT -reaktor under samling
I 1966 begyndte NII-1 og Chemical Automatics Design Bureau fælles arbejde med at forme og designe den fremtidige atomraketmotor. Snart modtog motoren indekser 11B91 og RD0410. Dens hovedelement var en reaktor ved navn IR-100. Senere fik reaktoren navnet IRGIT ("Forskningsreaktor til gruppestudier af TVEL"). Oprindeligt var det planlagt at oprette to forskellige atomprojektorer. Den første var et eksperimentelt produkt til test på teststedet, og det andet var en flyvemodel. I 1970 blev de to projekter imidlertid kombineret med henblik på at gennemføre felttest. Herefter blev KBHA den førende udvikler af det nye system.
Ved hjælp af udviklingen i foreløbig forskning inden for atomfremdrivning samt brug af den eksisterende testbase var det muligt hurtigt at bestemme udseendet af den fremtidige 11B91 og begynde et fuldgyldigt teknisk design.
Samtidig blev "Baikal" bænkekomplekset oprettet til fremtidige test på teststedet. Den nye motor blev foreslået testet i et underjordisk anlæg med et komplet udvalg af beskyttelse. Der blev tilvejebragt midler til opsamling og bundfældning af den gasformige arbejdsvæske. For at undgå emission af stråling skulle gassen opbevares i gasholdere, og først derefter kunne den frigives til atmosfæren. På grund af arbejdets særlige kompleksitet har Baikal -komplekset været under opførelse i omkring 15 år. Det sidste af dets objekter blev afsluttet efter starten af testene på det første.
I 1977 blev der på Baikal -komplekset taget i brug en anden arbejdsstation til pilotanlæg, der var udstyret med et middel til at levere en arbejdsvæske i form af brint. Den 17. september blev den fysiske lancering af 11B91 -produktet udført. Strømstart fandt sted den 27. marts 1978. Den 3. juli og den 11. august blev der udført to brandforsøg med produktets fulde drift som atomreaktor. I disse test blev reaktoren gradvist bragt til magten på 24, 33 og 42 MW. Hydrogenet blev opvarmet til 2630 ° K. I begyndelsen af firserne blev to andre prototyper testet. De viste effekt op til 62-63 MW og opvarmet gas op til 2500 ° K.
RD0410 projekt
I slutningen af halvfjerdserne og firserne var det et spørgsmål om at oprette et fuldgyldigt NRM, fuldt egnet til installation på missiler eller øvre etaper. Et sådant produkts endelige udseende blev dannet, og test på Semipalatinsk -teststedet bekræftede alle de vigtigste designkarakteristika.
Den færdige RD0410 -motor var mærkbart forskellig fra eksisterende produkter. Det blev kendetegnet ved enhedernes sammensætning, layout og endda udseende på grund af andre driftsprincipper. Faktisk var RD0410 opdelt i flere hovedblokke: en reaktor, midler til levering af et arbejdsvæske og en varmeveksler og en dyse. Den kompakte reaktor indtog en central position, og resten af enhederne blev placeret ved siden af den. YARD havde også brug for en separat tank til flydende brint.
Den samlede højde af RD0410 / 11B91 -produktet nåede 3,5 m, den maksimale diameter var 1,6 m. Vægten under hensyntagen til strålingsbeskyttelse var 2 tons. Den beregnede stød af motoren i tomrummet nåede 35,2 kN eller 3,59 tf. Den specifikke impuls i tomrummet er 910 kgf • s / kg eller 8927 m / s. Motoren kunne tændes 10 gange. Ressource - 1 time. Ved hjælp af visse ændringer i fremtiden var det muligt at øge egenskaberne til det krævede niveau.
Det vides, at den opvarmede arbejdsvæske i en sådan atomreaktor havde begrænset radioaktivitet. Ikke desto mindre blev det efter testene forsvaret, og området, hvor standen var placeret, skulle lukkes i et døgn. Brugen af en sådan motor i Jordens atmosfære blev anset for usikker. På samme tid kan den bruges som en del af de øverste etaper, der begynder at arbejde uden for atmosfæren. Efter brug skal sådanne blokke sendes til bortskaffelsesbanen.
Tilbage i tresserne dukkede ideen om at skabe et kraftværk baseret på en atomreaktor op. Det opvarmede arbejdsfluid kan tilføres en turbine, der er forbundet med en generator. Sådanne kraftværker var af interesse for den videre udvikling af astronautikken, da de gjorde det muligt at slippe af med de eksisterende problemer og begrænsninger inden for produktion af elektricitet til udstyr om bord.
I firserne nåede ideen om et kraftværk designfasen. Et projekt af et sådant produkt baseret på RD0410 -motoren blev ved at blive udarbejdet. En af de eksperimentelle reaktorer IR-100 / IRGIT var involveret i eksperimenter om dette emne, hvorunder den gav driften af en 200 kW generator.
Nyt miljø
Det vigtigste teoretiske og praktiske arbejde om emnet sovjetisk NRE med en fastfase-kerne blev afsluttet i midten af firserne. Industrien kunne begynde at udvikle en boosterblok eller anden raket- og rumteknologi til den eksisterende RD0410 -motor. Sådanne værker blev dog aldrig startet til tiden, og snart blev deres start umulig.
På dette tidspunkt havde rumindustrien ikke ressourcer nok til rettidig implementering af alle planer og ideer. Derudover begyndte den berygtede Perestroika snart, hvilket satte en stopper for massen af forslag og udviklinger. Atomteknologiens ry blev hårdt påvirket af Tjernobyl -ulykken. Endelig var der politiske problemer i den periode. I 1988 blev alt arbejde på YARD 11B91 / RD0410 stoppet.
Ifølge forskellige kilder, i hvert fald indtil begyndelsen af 2000'erne, forblev nogle objekter af Baikal -komplekset stadig på Semipalatinsk -teststedet. Desuden på en af de såkaldte. den eksperimentelle reaktor var stadig placeret på arbejdspladsen. KBKhA formåede at fremstille en fuldgyldig RD0410-motor, der er velegnet til installation på en fremtidig øverste etape. Teknikken til at bruge den forblev imidlertid i planerne.
Efter RD0410
Udviklingen inden for nukleare raketmotorer har fundet anvendelse i et nyt projekt. I 1992 udviklede en række russiske virksomheder i fællesskab en to-mode motor med en fastfase-kerne og en arbejdsvæske i form af brint. I raketmotortilstand bør et sådant produkt udvikle et tryk på 70 kN med en specifik impuls på 920 s, og strømtilstanden giver 25 kW elektrisk effekt. En sådan NRE blev foreslået til brug i interplanetære rumfartøjsprojekter.
Desværre var situationen på det tidspunkt ikke befordrende for skabelsen af ny og vovet raket- og rumteknologi, og derfor forblev den anden version af atomraketmotoren på papir. Så vidt vides viser de indenlandske virksomheder stadig en vis interesse for emnet NRE, men gennemførelsen af sådanne projekter synes endnu ikke mulig eller hensigtsmæssig. Ikke desto mindre skal det bemærkes, at inden for rammerne af tidligere projekter kunne sovjetiske og russiske forskere og ingeniører samle en betydelig mængde information og få vigtig erfaring. Det betyder, at når der opstår et behov, og en tilsvarende ordre opstår i vores land, kan der oprettes et nyt NRE svarende til det, der tidligere blev testet.
