Iepriekš vadošās valstis meklēja principiāli jaunus risinājumus raķešu un kosmosa tehnoloģiju dzinēju jomā. Visdrosmīgākie priekšlikumi attiecās uz ts. kodolraķešu dzinēji, kuru pamatā ir skaldmateriālu reaktors. Mūsu valstī darbs šajā virzienā deva reālus rezultātus eksperimentāla RD0410 dzinēja veidā. Tomēr šim produktam neizdevās atrast savu vietu daudzsološos projektos un ietekmēt pašmāju un pasaules astronautikas attīstību.
Priekšlikumi un projekti
Jau piecdesmitajos gados, dažus gadus pirms pirmā satelīta un pilotējamā kosmosa kuģa palaišanas, tika noteiktas raķešu dzinēju attīstības perspektīvas uz ķīmiskās degvielas. Pēdējais ļāva iegūt ļoti augstas īpašības, bet parametru pieaugums nevarēja būt bezgalīgs. Nākotnē dzinējiem bija jāsasniedz savu iespēju griesti. Šajā sakarā raķešu un kosmosa sistēmu tālākai attīstībai bija nepieciešami būtiski jauni risinājumi.
Uzbūvēts, bet nav pārbaudīts ar RD0410 NRM
1955. gadā akadēmiķis M. V. Keldišs nāca klajā ar iniciatīvu izveidot īpašas konstrukcijas raķešu dzinēju, kurā kodolreaktors darbotos kā enerģijas avots. Šīs idejas izstrāde tika uzticēta Aviācijas rūpniecības ministrijas NII-1; V. M. Ievlevs. Pēc iespējas īsākā laikā speciālisti izstrādāja galvenos jautājumus un piedāvāja divas iespējas daudzsološai NRE ar vislabākajām īpašībām.
Motora pirmā versija, kas apzīmēta kā "shēma A", ierosināja izmantot reaktoru ar cietfāzes serdi un cietām siltumapmaiņas virsmām. Otrajā variantā "shēma B" bija paredzēts izmantot reaktoru ar gāzes fāzes aktīvo zonu - skaldāmajai vielai bija jābūt plazmas stāvoklī, un siltuma enerģija tika pārnesta uz darba šķidrumu, izmantojot starojumu. Eksperti salīdzināja abas shēmas un uzskatīja, ka "A" variants ir veiksmīgāks. Nākotnē tieši viņš tika visaktīvāk izstrādāts un pat sasniedzis pilnvērtīgus testus.
Paralēli optimālo NRE dizainu meklējumiem tika izstrādāti zinātniskās, ražošanas un testēšanas bāzes izveides jautājumi. Tātad, 1957. gadā V. M. Ievlev ierosināja jaunu testēšanas un precizēšanas koncepciju. Visi galvenie konstrukcijas elementi bija jāpārbauda dažādās stendos, un tikai pēc tam tos varēja salikt vienotā konstrukcijā. A shēmas gadījumā šī pieeja nozīmēja pilna mēroga reaktoru izveidi testēšanai.
1958. gadā parādījās detalizēta Ministru padomes rezolūcija, kas noteica turpmākā darba gaitu. M. V. Keldiša, I. V. Kurčatovs un S. P. Koroļevs. NII-1 tika izveidota īpaša nodaļa, kuru vadīja V. M. Ievlevs, kuram bija jārisina jauns virziens. Tāpat darbā tika iesaistīti vairāki desmiti zinātnisko un dizaina organizāciju. Tika plānota Aizsardzības ministrijas līdzdalība. Tika noteikts darba grafiks un citas plašās programmas nianses.
Pēc tam visi projekta dalībnieki vienā vai otrā veidā aktīvi mijiedarbojās. Turklāt sešdesmitajos gados divas reizes notika konferences, kas bija veltītas tikai kodolieroču tēmai un ar to saistītajiem jautājumiem.
Testa bāze
NRE attīstības programmas ietvaros tika ierosināts piemērot jaunu pieeju nepieciešamo vienību testēšanai un testēšanai. Tajā pašā laikā speciālisti saskārās ar nopietnu problēmu. Dažu produktu pārbaude bija jāveic kodolreaktorā, taču šādu darbību veikšana bija ārkārtīgi sarežģīta vai pat neiespējama. Testēšanu var apgrūtināt ekonomiskas, organizatoriskas vai vides grūtības.
IR-100 degvielas montāžas shēma
Šajā sakarā tika izstrādātas jaunas produktu pārbaudes metodes, neizmantojot kodolreaktorus. Šādas pārbaudes tika sadalītas trīs posmos. Pirmais ietvēra procesu izpēti reaktorā pēc modeļiem. Tad reaktora vai dzinēja komponentiem bija jāiztur mehāniskie un hidrauliskie "aukstuma" testi. Tikai tad mezgli bija jāpārbauda augstas temperatūras apstākļos. Atsevišķi, stendos izstrādājot visas NRE sastāvdaļas, bija iespējams sākt pilnvērtīga eksperimentālā reaktora vai dzinēja montāžu.
Lai veiktu vienību trīspakāpju testus, vairāki uzņēmumi ir izstrādājuši un uzbūvējuši dažādus stendus. Īpaša interese ir par testēšanu augstā temperatūrā. Tās izstrādes laikā bija nepieciešams radīt jaunas tehnoloģijas gāzu sildīšanai. No 1959. līdz 1972. gadam NII-1 izstrādāja vairākus lieljaudas plazmatronus, kas sildīja gāzes līdz 3000 ° K un ļāva veikt testus augstā temperatūrā.
Īpaši "shēmas B" izstrādei bija nepieciešams izstrādāt vēl sarežģītākas ierīces. Šādiem uzdevumiem bija nepieciešams plazmatrons ar izejas spiedienu simtiem atmosfēru un temperatūru 10-15 tūkstoši K. Līdz sešdesmito gadu beigām parādījās gāzes sildīšanas tehnoloģija, kuras pamatā bija tā mijiedarbība ar elektronu stariem. iespējams iegūt vajadzīgās īpašības.
Ministru padomes rezolūcija paredzēja jauna objekta būvniecību Semipalatinskas poligonā. Tur bija jāizveido testa stends un eksperimentāls reaktors degvielas komplektu un citu NRE sastāvdaļu tālākai pārbaudei. Visas galvenās konstrukcijas tika uzceltas līdz 1961. gadam, un tajā pašā laikā notika pirmā reaktora iedarbināšana. Tad daudzstūra aprīkojums tika vairākkārt uzlabots un uzlabots. Reaktora un personāla izmitināšanai bija paredzēti vairāki pazemes bunkuri ar nepieciešamo aizsardzību.
Faktiski daudzsološa NRM projekts bija viens no drosmīgākajiem sava laika uzņēmumiem, un tāpēc tas noveda pie unikālu ierīču un pārbaudes instrumentu masas izstrādes un būvniecības. Visi šie stendi ļāva veikt daudz eksperimentu un savākt lielu daudzumu dažādu veidu datu, kas piemēroti dažādu projektu izstrādei.
Shēma A
Vēl piecdesmito gadu beigās visveiksmīgākā un daudzsološākā "A" tipa dzinēja versija. Šī koncepcija ierosināja būvēt kodolreaktoru, kura pamatā būtu reaktors ar siltummaiņiem, kas atbild par gāzveida darba šķidruma sildīšanu. Pēdējā izmešanai caur sprauslu vajadzēja radīt vajadzīgo vilci. Neskatoties uz koncepcijas vienkāršību, šādu ideju īstenošana bija saistīta ar vairākām grūtībām.
FA modelis IR-100 reaktoram
Pirmkārt, radās problēma ar materiālu izvēli serdes konstrukcijai. Reaktora konstrukcijai bija jāiztur lielas termiskās slodzes un jāsaglabā vajadzīgā izturība. Turklāt tam vajadzēja iziet termiskos neitronus, bet tajā pašā laikā nezaudēt īpašības jonizējošā starojuma dēļ. Tika sagaidīta arī nevienmērīga siltuma ražošana kodolā, kas izvirzīja jaunas prasības tā dizainam.
Lai meklētu risinājumus un uzlabotu dizainu, NII-1 tika organizēts īpašs seminārs, kura mērķis bija izgatavot modeļu degvielas komplektus un citas galvenās sastāvdaļas. Šajā darba posmā tika pārbaudīti dažādi metāli un sakausējumi, kā arī citi materiāli. Degvielas komplektu ražošanai varētu izmantot volframu, molibdēnu, grafītu, augstas temperatūras karbīdus utt. Tika veikta arī aizsargpārklājumu meklēšana, lai novērstu struktūras iznīcināšanu.
Eksperimentu gaitā tika atrasti optimālie materiāli atsevišķu NRE sastāvdaļu ražošanai. Turklāt bija iespējams apstiprināt fundamentālo iespēju iegūt īpašu impulsu apmēram 850-900 s. Tas daudzsološajam dzinējam deva visaugstāko veiktspēju un ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar ķīmiskās degvielas sistēmām.
Reaktora kodols bija apmēram 1 m garš un 50 mm diametra cilindrs. Tajā pašā laikā bija paredzēts izveidot 26 degvielas komplektu variantus ar noteiktām īpašībām. Pamatojoties uz turpmāko testu rezultātiem, tika atlasīti veiksmīgākie un efektīvākie. Atrastā degvielas mezglu konstrukcija paredzēja divu degvielas sastāvu izmantošanu. Pirmais bija urāna-235 (90%) maisījums ar niobiju vai cirkonija karbīdu. Šis maisījums tika veidots četru staru vērpta stieņa veidā, 100 mm garš un 2,2 mm diametrā. Otrais sastāvs sastāvēja no urāna un grafīta; tas tika izgatavots sešstūra prizmu veidā 100-200 mm garumā ar 1 mm iekšējo kanālu ar oderi. Stieņi un prizmas tika ievietotas noslēgtā karstumizturīgā metāla korpusā.
Mezglu un elementu testi Semipalatinskas poligonā sākās 1962. gadā. Divu gadu darba laikā notika 41 reaktora iedarbināšana. Pirmkārt, mums izdevās atrast visefektīvāko pamata satura versiju. Tika apstiprināti arī visi galvenie risinājumi un īpašības. Jo īpaši visas reaktora vienības tika galā ar siltuma un starojuma slodzēm. Tādējādi tika konstatēts, ka izstrādātais reaktors spēj atrisināt savu galveno uzdevumu - gāzveida ūdeņradi uzkarsēt līdz 3000-3100 ° K ar noteiktu plūsmas ātrumu. Tas viss ļāva sākt pilnvērtīga kodolraķešu dzinēja izstrādi.
11B91 par "Baikālu"
Sešdesmito gadu sākumā tika sākts darbs pie pilnvērtīgas NRE izveides, pamatojoties uz esošajiem produktiem un attīstību. Pirmkārt, NII-1 pētīja iespēju izveidot veselu raķešu dzinēju saimi ar dažādiem parametriem, kas piemēroti izmantošanai dažādos raķešu tehnoloģiju projektos. No šīs ģimenes viņi pirmie izstrādāja un uzbūvēja dzinēju ar zemu vilces spēku - 36 kN. Šādu produktu vēlāk varētu izmantot daudzsološā augšējā stadijā, kas piemērota kosmosa kuģu nosūtīšanai uz citiem debess ķermeņiem.
IRGIT reaktors montāžas laikā
1966. gadā NII-1 un Ķīmiskās automātikas projektēšanas birojs sāka kopīgu darbu, lai veidotu un projektētu nākamo kodolraķešu dzinēju. Drīz dzinējs saņēma indeksus 11B91 un RD0410. Tās galvenais elements bija reaktors ar nosaukumu IR-100. Vēlāk reaktors tika nosaukts par IRGIT ("Pētniecības reaktors TVEL grupu pētījumiem"). Sākotnēji bija paredzēts izveidot divus dažādus kodolprojektorus. Pirmais bija eksperimentāls produkts testēšanai testa vietā, bet otrais - lidojuma modelis. Tomēr 1970. gadā abi projekti tika apvienoti, lai veiktu lauka testus. Pēc tam KBHA kļuva par vadošo jaunās sistēmas izstrādātāju.
Izmantojot jaunākos pētījumus kodolenerģijas piedziņas jomā, kā arī izmantojot esošo testēšanas bāzi, bija iespējams ātri noteikt nākotnes 11B91 izskatu un sākt pilnvērtīgu tehnisko projektu.
Tajā pašā laikā "Baikal" solu komplekss tika izveidots turpmākiem testiem testa vietā. Jauno dzinēju ierosināja pārbaudīt pazemes objektā ar pilnu aizsardzības spektru. Tika nodrošināti līdzekļi gāzveida darba šķidruma savākšanai un nosēdināšanai. Lai izvairītos no starojuma emisijas, gāze bija jāuzglabā gāzes turētājos, un tikai pēc tam to varēja izlaist atmosfērā. Darba īpašās sarežģītības dēļ Baikāla komplekss tiek būvēts apmēram 15 gadus. Pēdējais no tā objektiem tika pabeigts pēc pirmo testu sākuma.
1977. gadā Baikāla kompleksā tika nodota ekspluatācijā otra darbstacija pilotiekārtām, kas aprīkota ar līdzekli darba šķidruma piegādei ūdeņraža veidā. 17. septembrī tika veikta 11B91 produkta fiziska laišana tirgū. Enerģijas iedarbināšana notika 1978. gada 27. martā. 3. jūlijā un 11. augustā tika veikti divi ugunsdrošības testi, pilnībā darbojoties produktam kā kodolreaktoram. Šajos testos reaktors tika pakāpeniski palielināts līdz 24, 33 un 42 MW. Ūdeņradis tika uzkarsēts līdz 2630 ° K. Astoņdesmito gadu sākumā tika pārbaudīti vēl divi prototipi. Tie parādīja jaudu līdz 62-63 MW un sildīja gāzi līdz 2500 ° K.
RD0410 projekts
Septiņdesmito un astoņdesmito gadu mijā bija jautājums par pilnvērtīga NRM izveidi, kas pilnībā piemērots uzstādīšanai raķetēs vai augšējos posmos. Tika izveidots šāda produkta galīgais izskats, un testi Semipalatinskas izmēģinājumu vietā apstiprināja visas galvenās konstrukcijas īpašības.
Gatavais RD0410 dzinējs ievērojami atšķīrās no esošajiem produktiem. Citu darbības principu dēļ tas izcēlās ar vienību sastāvu, izkārtojumu un pat izskatu. Faktiski RD0410 tika sadalīts vairākos galvenajos blokos: reaktors, līdzeklis darba šķidruma un siltummaiņa un sprauslas padevei. Kompaktais reaktors ieņēma centrālo stāvokli, un pārējās ierīces tika novietotas blakus. Arī pagalmam bija nepieciešama atsevišķa tvertne šķidrajam ūdeņradim.
Produkta RD0410 / 11B91 kopējais augstums sasniedza 3,5 m, maksimālais diametrs bija 1,6 m. Svars, ņemot vērā aizsardzību pret radiāciju, bija 2 tonnas. Aprēķinātā dzinēja vilce tukšumā sasniedza 35,2 kN jeb 3,59 tf. Īpatnējais impulss tukšumā ir 910 kgf • s / kg vai 8927 m / s. Dzinēju varēja ieslēgt 10 reizes. Resurss - 1 stunda. Ar dažām izmaiņām nākotnē bija iespējams palielināt raksturlielumus līdz vajadzīgajam līmenim.
Ir zināms, ka šāda kodolreaktora uzkarsētajam darba šķidrumam bija ierobežota radioaktivitāte. Neskatoties uz to, pēc pārbaudēm tā tika aizstāvēta, un teritorija, kurā atradās stends, bija jāslēdz uz dienu. Šāda dzinēja izmantošana Zemes atmosfērā tika uzskatīta par nedrošu. Tajā pašā laikā to varētu izmantot kā daļu no augšējiem posmiem, kas sāk darbu ārpus atmosfēras. Pēc lietošanas šādi bloki jānosūta uz apglabāšanas orbītu.
Vēl sešdesmitajos gados parādījās ideja izveidot spēkstaciju, kuras pamatā būtu kodolreaktors. Apsildāmo darba šķidrumu varēja ievadīt turbīnā, kas savienota ar ģeneratoru. Šādas elektrostacijas interesēja astronautikas tālāku attīstību, jo tās ļāva atbrīvoties no esošajām problēmām un ierobežojumiem elektroenerģijas ražošanas jomā borta iekārtām.
Astoņdesmitajos gados ideja par elektrostaciju sasniedza projektēšanas stadiju. Tika izstrādāts šāda produkta projekts, kura pamatā ir dzinējs RD0410. Viens no eksperimentālajiem reaktoriem IR-100 / IRGIT tika iesaistīts eksperimentos par šo tēmu, kuru laikā tas nodrošināja 200 kW ģeneratora darbību.
Jauna vide
Galvenais teorētiskais un praktiskais darbs par padomju NRE tēmu ar cietās fāzes kodolu tika pabeigts līdz astoņdesmito gadu vidum. Nozare varētu sākt izstrādāt pastiprinātāja bloku vai citu raķešu un kosmosa tehnoloģiju esošajam RD0410 dzinējam. Tomēr šādi darbi nekad netika uzsākti laikā, un drīz vien to sākums kļuva neiespējams.
Šajā laikā kosmosa nozarei nepietika resursu visu plānu un ideju savlaicīgai īstenošanai. Turklāt drīz sākās bēdīgi slavenā perestroika, kas izbeidza priekšlikumu un notikumu masu. Kodoltehnoloģijas reputāciju nopietni ietekmēja Černobiļas avārija. Visbeidzot, šajā periodā bija politiskas problēmas. 1988. gadā visi darbi pagalmā 11B91 / RD0410 tika pārtraukti.
Saskaņā ar dažādiem avotiem, vismaz līdz 2000. gadu sākumam daži Baikāla kompleksa objekti joprojām palika Semipalatinskas poligonā. Turklāt uz viena no t.s. eksperimentālais reaktors joprojām atradās darba vietā. KBKhA izdevās izgatavot pilnvērtīgu RD0410 dzinēju, kas piemērots uzstādīšanai nākotnē. Tomēr tā izmantošanas tehnika palika plānos.
Pēc RD0410
Attīstība par kodolraķešu dzinējiem ir atradusi pielietojumu jaunā projektā. 1992. gadā vairāki Krievijas uzņēmumi kopīgi izstrādāja divu režīmu motoru ar cietfāzes serdi un darba šķidrumu ūdeņraža veidā. Raķešu dzinēja režīmā šādam izstrādājumam vajadzētu attīstīt vilces spēku 70 kN ar īpatnējo impulsu 920 s, un jaudas režīms nodrošina 25 kW elektroenerģijas. Šādu NRE tika ierosināts izmantot starpplanētu kosmosa kuģu projektos.
Diemžēl toreiz situācija neveicināja jaunu un drosmīgu raķešu un kosmosa tehnoloģiju radīšanu, un tāpēc kodolraķešu dzinēja otrā versija palika uz papīra. Cik zināms, vietējie uzņēmumi joprojām izrāda zināmu interesi par NRE tēmu, taču šādu projektu īstenošana pagaidām nešķiet iespējama vai lietderīga. Neskatoties uz to, jāatzīmē, ka iepriekšējo projektu ietvaros padomju un krievu zinātnieki un inženieri spēja uzkrāt ievērojamu informācijas daudzumu un iegūt svarīgu pieredzi. Tas nozīmē, ka tad, kad mūsu valstī rodas vajadzība un rodas atbilstošs pasūtījums, var izveidot jaunu NRE, kas ir līdzīga iepriekš pārbaudītajai.
