Aiemmin johtavat maat etsivät pohjimmiltaan uusia ratkaisuja raketti- ja avaruusteknologian moottoreiden alalla. Rohkeimmat ehdotukset koskivat ns. halkeamiskelpoiseen reaktoriin perustuvat ydinrakettimoottorit. Maassamme tähän suuntaan tehty työ antoi todellisia tuloksia kokeellisen RD0410 -moottorin muodossa. Tästä huolimatta tämä tuote ei onnistunut löytämään paikkansa lupaavissa projekteissa ja vaikuttamaan kotimaisen ja maailman astronautian kehitykseen.
Ehdotuksia ja hankkeita
Jo 50 -luvulla, muutama vuosi ennen ensimmäisen satelliitin ja miehitetyn avaruusaluksen laukaisua, määritettiin mahdollisuudet kehittää kemiallisen polttoaineen rakettimoottoreita. Jälkimmäinen mahdollisti erittäin korkeiden ominaisuuksien saamisen, mutta parametrien kasvu ei voinut olla loputon. Jatkossa moottoreiden piti osua kykyjensä kattoon. Tässä suhteessa raketti- ja avaruusjärjestelmien edelleen kehittämiseen tarvittiin pohjimmiltaan uusia ratkaisuja.
Rakennettu, mutta ei RD0410 NRM: n testaama
Vuonna 1955 akateemikko M. V. Keldysh esitti aloitteen luoda erityinen rakettimoottori, jossa ydinreaktori toimisi energianlähteenä. Tämän idean kehittäminen annettiin ilmailuteollisuusministeriön NII-1: lle; V. M. Ievlev. Asiantuntijat selvittivät tärkeimmät kysymykset mahdollisimman lyhyessä ajassa ja ehdottivat kahta vaihtoehtoa lupaavalle NRE: lle, jolla on parhaat ominaisuudet.
Moottorin ensimmäisessä versiossa, joka on nimetty "kaaviona A", ehdotettiin reaktorin käyttöä, jossa on kiinteäfaasinen ydin ja kiinteät lämmönvaihtopinnat. Toinen vaihtoehto, "kaavio B", tarkoitti reaktorin käyttöä, jossa oli aktiivinen kaasufaasivyöhyke - halkeavan aineen oli oltava plasmatilassa ja lämpöenergia siirrettiin työnesteeseen säteilyn avulla. Asiantuntijat vertasivat kahta järjestelmää ja pitivät vaihtoehtoa A onnistuneempana. Tulevaisuudessa juuri hän työskenteli aktiivisimmin ja saavutti jopa täydelliset testit.
Samanaikaisesti NRE: n optimaalisten mallien etsimisen kanssa selvitettiin tieteellisen, tuotanto- ja testauspohjan luomista. Joten vuonna 1957 V. M. Ievlev ehdotti uutta testaus- ja hienosäätökonseptia. Kaikki tärkeimmät rakenneosat oli testattava eri telineillä, ja vasta sen jälkeen ne voitiin koota yhdeksi rakenteeksi. Kaavion A tapauksessa tämä lähestymistapa tarkoitti täyden mittakaavan reaktorien luomista testausta varten.
Vuonna 1958 ilmestyi ministerineuvoston yksityiskohtainen päätöslauselma, joka määritteli jatkotyön. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov ja S. P. Korolev. NII-1: ssä muodostettiin erityinen osasto, jota johti V. M. Ievlev, joka piti käsitellä uutta suuntaa. Lisäksi töihin osallistui useita kymmeniä tieteellisiä ja suunnitteluorganisaatioita. Puolustusministeriön osallistuminen oli suunniteltu. Laajan ohjelman työaikataulu ja muut vivahteet määritettiin.
Myöhemmin kaikki projektin osallistujat olivat aktiivisesti vuorovaikutuksessa tavalla tai toisella. Lisäksi 1960 -luvulla järjestettiin kahdesti konferensseja, joissa käsiteltiin yksinomaan ydinaseita ja niihin liittyviä kysymyksiä.
Testipohja
Osana NRE -kehitysohjelmaa ehdotettiin uuden lähestymistavan soveltamista tarvittavien yksiköiden testaamiseen ja testaamiseen. Samaan aikaan asiantuntijat kohtasivat vakavan ongelman. Joidenkin tuotteiden todentaminen piti suorittaa ydinreaktorissa, mutta tällaisten toimien suorittaminen oli erittäin vaikeaa tai jopa mahdotonta. Testausta voivat vaikeuttaa taloudelliset, organisatoriset tai ympäristöongelmat.
Polttoaineen kokoonpanokaavio IR-100: lle
Tältä osin kehitettiin uusia menetelmiä tuotteiden testaamiseksi ilman ydinreaktoreita. Tällaiset tarkastukset jaettiin kolmeen vaiheeseen. Ensimmäinen koskee reaktorin prosessien tutkimista malleilla. Sitten reaktorin tai moottorin osien oli läpäistävä mekaaniset ja hydrauliset "kylmät" testit. Vasta sitten kokoonpanot oli tarkastettava korkeissa lämpötiloissa. Erikseen, kun kaikki NRE: n komponentit oli valmisteltu telineillä, oli mahdollista aloittaa täysimittaisen koereaktorin tai moottorin kokoaminen.
Useat yritykset ovat kehittäneet ja rakentaneet eri osastoja suorittamaan yksiköiden kolmivaiheisia testejä. Tekniikka korkean lämpötilan testaukseen on erityisen kiinnostava. Kehityksen aikana oli tarpeen luoda uusia tekniikoita kaasujen lämmittämiseen. Vuosina 1959-1972 NII-1 kehitti useita suuritehoisia plasmatroneja, jotka lämmittivät kaasuja jopa 3000 ° K: seen ja mahdollistivat korkean lämpötilan testien suorittamisen.
Erityisesti "kaavion B" kehittämiseksi oli tarpeen kehittää vielä monimutkaisempia laitteita. Tällaisia tehtäviä varten tarvittiin plasmatroni, jonka lähtöpaine oli satoja ilmakehiä ja lämpötila 10-15 tuhatta K. 1960-luvun loppuun mennessä ilmestyi kaasulämmitystekniikka, joka perustuu sen vuorovaikutukseen elektronisäteiden kanssa, mikä teki siitä mahdollista saada vaaditut ominaisuudet.
Ministerineuvoston päätöslauselmassa määrättiin uuden laitoksen rakentamisesta Semipalatinskin testipaikalle. Siellä oli tarpeen rakentaa testipenkki ja kokeellinen reaktori polttoainekokoonpanojen ja muiden NRE -komponenttien lisätestausta varten. Kaikki päärakenteet rakennettiin vuoteen 1961 mennessä, ja samalla tapahtui ensimmäinen reaktorin käynnistys. Sitten monikulmiolaitteistoa parannettiin ja parannettiin useita kertoja. Useita maanalaisia bunkkereita, joissa oli tarvittava suoja, oli tarkoitettu reaktorin ja henkilöstön vastaanottamiseen.
Itse asiassa lupaavan NRM: n projekti oli yksi aikansa rohkeimmista yrityksistä, ja se johti siksi ainutlaatuisten laitteiden ja testilaitteiden joukon kehittämiseen ja rakentamiseen. Kaikki nämä telineet mahdollistivat paljon kokeita ja kerätä suuren määrän erilaisia tietoja, jotka sopivat erilaisten hankkeiden kehittämiseen.
Kaavio A
Vielä 50 -luvun lopulla menestynein ja lupaavin versio moottorityypistä "A". Tämä konsepti ehdotti ydinreaktorin rakentamista, joka perustuu reaktoriin, jossa on lämmönvaihtimet, jotka vastaavat kaasumaisen työnesteen lämmittämisestä. Jälkimmäisen poistamisen suuttimen kautta oli tarkoitus luoda vaadittu työntövoima. Käsitteen yksinkertaisuudesta huolimatta tällaisten ideoiden toteuttamiseen liittyi useita vaikeuksia.
FA-malli IR-100-reaktorille
Ensinnäkin ydinrakenteen materiaalivalinnan ongelma nousi esiin. Reaktorin rakenteen oli kestettävä suuria lämpökuormituksia ja säilytettävä vaadittu lujuus. Lisäksi sen oli läpäistävä lämpöneutronit, mutta ei samalla menetettävä ominaisuuksia ionisoivan säteilyn vuoksi. Odotettiin myös epätasaista lämmöntuotantoa ytimessä, mikä asetti uusia vaatimuksia sen suunnittelulle.
Ratkaisujen etsimiseksi ja suunnittelun parantamiseksi NII-1: ssä järjestettiin erityinen työpaja, jonka tehtävänä oli valmistaa polttoainekokoonpanoja ja muita ydinkomponentteja. Tässä työn vaiheessa testattiin erilaisia metalleja ja seoksia sekä muita materiaaleja. Polttoainekokoonpanojen valmistukseen voitaisiin käyttää volframia, molybdeeniä, grafiittia, korkean lämpötilan karbideja jne. Lisäksi etsittiin suojapinnoitteita rakenteen tuhoutumisen estämiseksi.
Kokeiden aikana löydettiin optimaaliset materiaalit NRE: n yksittäisten komponenttien valmistukseen. Lisäksi oli mahdollista vahvistaa perustavanlaatuinen mahdollisuus saada erityinen impulsi, joka on suuruusluokkaa 850-900 s. Tämä antoi lupaavalle moottorille parhaan suorituskyvyn ja merkittävän edun verrattuna kemiallisiin polttoainejärjestelmiin.
Reaktorin ydin oli sylinteri, jonka pituus oli noin 1 m ja halkaisija 50 mm. Samaan aikaan oli tarkoitus luoda 26 polttoainekokoonpanovaihtoehtoa, joilla on tiettyjä ominaisuuksia. Seuraavien testien tulosten perusteella valittiin menestyneimmät ja tehokkaimmat. Polttoainekokoonpanojen löydetty rakenne mahdollisti kahden polttoaineseoksen käytön. Ensimmäinen oli uraani-235: n (90%) seos niobin tai zirkoniumkarbidin kanssa. Tämä seos valettiin nelipalkkiseksi 100 mm pitkäksi ja 2,2 mm halkaisijaksi kierretyksi sauvaksi. Toinen koostumus koostui uraanista ja grafiitista; se valmistettiin kuusikulmaisten prismojen muodossa, joiden pituus oli 100-200 mm ja joiden sisäkanava oli 1 mm ja jossa oli vuoraus. Vavat ja prismat sijoitettiin suljettuun lämmönkestävään metallikoteloon.
Kokoonpanojen ja elementtien testaus Semipalatinskin testipaikalla alkoi vuonna 1962. Kahden vuoden työn aikana käynnistettiin 41 reaktoria. Ensinnäkin onnistuimme löytämään tehokkaimman version ydinsisällöstä. Myös kaikki tärkeimmät ratkaisut ja ominaisuudet vahvistettiin. Erityisesti kaikki reaktorin yksiköt selviytyivät lämpö- ja säteilykuormista. Siten havaittiin, että kehitetty reaktori pystyy ratkaisemaan päätehtävänsä - lämmittää kaasumainen vety 3000-3100 ° K: seen tietyllä virtausnopeudella. Kaikki tämä mahdollisti täydellisen ydinvoimarakettimoottorin kehittämisen.
11B91 "Baikalilla"
Kuusikymmentäluvun alussa aloitettiin täysivaltaisen uusirekisteröinnin luominen olemassa olevien tuotteiden ja kehityksen perusteella. Ensinnäkin NII-1 tutki mahdollisuutta luoda koko joukko rakettimoottoreita, joilla on eri parametrit ja jotka soveltuvat käytettäväksi erilaisissa rakettitekniikkahankkeissa. Tästä perheestä he suunnittelivat ja rakensivat ensimmäisenä matalan työntövoiman moottorin - 36 kN. Tällaista tuotetta voitaisiin myöhemmin käyttää lupaavassa ylemmässä vaiheessa, joka soveltuu avaruusalusten lähettämiseen muihin taivaankappaleisiin.
IRGIT -reaktori kokoonpanon aikana
Vuonna 1966 NII-1 ja Chemical Automatics Design Bureau aloittivat yhteisen työn tulevan ydinvoimarakettimoottorin muotoilua ja suunnittelua varten. Pian moottori sai indeksit 11B91 ja RD0410. Sen pääelementti oli reaktori nimeltä IR-100. Myöhemmin reaktori sai nimensä IRGIT ("Tutkimusreaktori TVEL: n ryhmätutkimuksiin"). Aluksi suunniteltiin kahden erilaisen ydinprojektorin luomista. Ensimmäinen oli kokeellinen tuote testattavaksi testauspaikalla, ja toinen oli lentomalli. Kuitenkin vuonna 1970 nämä kaksi hanketta yhdistettiin kenttäkokeiden suorittamiseksi. Tämän jälkeen KBHA: sta tuli uuden järjestelmän johtava kehittäjä.
Hyödyntämällä ydinvoiman käyttöalan alustavan tutkimuksen kehitystä sekä käyttämällä olemassa olevaa testauskantaa voitiin nopeasti määrittää tulevan 11B91 ulkonäkö ja aloittaa täysimittainen tekninen suunnittelu.
Samaan aikaan "Baikal" -penkikompleksi luotiin tulevia testejä varten testipaikalla. Uutta moottoria ehdotettiin testattavaksi maanalaisessa laitoksessa, jossa on täysi suojaus. Tarjottiin keinot kaasumaisen työnesteen keräämiseksi ja asettamiseksi. Säteilypäästöjen välttämiseksi kaasu oli pidettävä kaasupidikkeissä ja vasta sen jälkeen se voidaan päästää ilmakehään. Työn erityisen monimutkaisuuden vuoksi Baikal -kompleksi on rakenteilla noin 15 vuotta. Viimeinen sen esineistä valmistui ensimmäisen testin aloittamisen jälkeen.
Vuonna 1977 Baikal -kompleksissa otettiin käyttöön toinen koelaitosten työasema, joka oli varustettu välineellä toimivan nesteen syöttämiseksi vedyn muodossa. Syyskuun 17. päivänä 11B91 -tuotteen fyysinen lanseeraus suoritettiin. Virta käynnistettiin 27. maaliskuuta 1978. Heinäkuun 3. ja 11. elokuuta suoritettiin kaksi palotestiä, joilla tuote toimi täydellisesti ydinreaktorina. Näissä testeissä reaktori saatiin vähitellen voimaan 24, 33 ja 42 MW. Vety kuumennettiin 2630 ° K: seen. 1980 -luvun alussa testattiin kahta muuta prototyyppiä. Niiden teho oli jopa 62-63 MW ja kaasu lämmitettiin jopa 2500 ° K: seen.
RD0410 -projekti
Seitsemänkymmenen ja kahdeksankymmentäluvun vaihteessa oli kysymys täysimittaisen NRM: n luomisesta, joka soveltuu täysin asennettavaksi ohjuksiin tai ylempiin vaiheisiin. Tällaisen tuotteen lopullinen ulkonäkö muodostui, ja Semipalatinskin testipaikalla tehdyt testit vahvistivat kaikki tärkeimmät suunnitteluominaisuudet.
Valmis RD0410 -moottori oli selvästi erilainen kuin olemassa olevat tuotteet. Se erottui yksiköiden koostumuksesta, ulkoasusta ja jopa ulkonäöstä muiden toimintaperiaatteiden vuoksi. Itse asiassa RD0410 oli jaettu useisiin päälohkoihin: reaktori, välineet käyttönesteen syöttämiseksi sekä lämmönvaihdin ja suutin. Kompakti reaktori oli keskeisellä paikalla, ja muut laitteet sijoitettiin sen viereen. YARD tarvitsi myös erillisen säiliön nestemäiselle vedylle.
RD0410 / 11B91 -tuotteen kokonaiskorkeus oli 3,5 m, suurin halkaisija 1,6 m. Paino säteilysuojaus huomioon ottaen oli 2 tonnia. Moottorin laskettu työntövoima tyhjässä oli 35,2 kN tai 3,59 tf. Ominaisimpulssi tyhjässä on 910 kgf • s / kg tai 8927 m / s. Moottori voidaan käynnistää 10 kertaa. Resurssi - 1 tunti. Tietyillä muutoksilla tulevaisuudessa oli mahdollista nostaa ominaisuudet halutulle tasolle.
Tiedetään, että tällaisen ydinreaktorin lämmitetyllä työnesteellä oli rajallinen radioaktiivisuus. Kuitenkin testien jälkeen sitä puolustettiin, ja alue, jossa osasto sijaitsi, oli suljettava päiväksi. Tällaisen moottorin käyttöä maan ilmakehässä pidettiin vaarallisena. Samaan aikaan sitä voitaisiin käyttää osana ylempiä vaiheita, jotka aloittavat työn ilmakehän ulkopuolella. Käytön jälkeen tällaiset lohkot on lähetettävä hävitysradalle.
Jo 1960 -luvulla ilmestyi ajatus ydinreaktoriin perustuvan voimalaitoksen perustamisesta. Kuumennettu työneste voidaan syöttää generaattoriin liitettyyn turbiiniin. Tällaiset voimalaitokset olivat kiinnostavia astronautian kehittämisen kannalta, koska niiden avulla voitiin päästä eroon olemassa olevista ongelmista ja rajoituksista alusten laitteiden sähköntuotannossa.
1980 -luvulla idea voimalaitoksesta saavutti suunnitteluvaiheen. Tällaista RD0410 -moottoriin perustuvaa tuotetta koskevaa projektia kehitettiin. Yksi kokeellisista reaktoreista IR-100 / IRGIT osallistui tätä aihetta koskeviin kokeisiin, joiden aikana se tarjosi 200 kW: n generaattorin toiminnan.
Uusi ympäristö
Tärkein teoreettinen ja käytännön työ aiheesta Neuvostoliiton NRE, jossa on kiinteän vaiheen ydin, valmistui 1980-luvun puoliväliin mennessä. Teollisuus voisi alkaa kehittää tehostinlohkoa tai muuta raketti- ja avaruusteknologiaa olemassa olevaan RD0410 -moottoriin. Tällaisia töitä ei kuitenkaan koskaan aloitettu ajoissa, ja pian niiden aloittaminen tuli mahdottomaksi.
Tällä hetkellä avaruusalalla ei ollut tarpeeksi resursseja kaikkien suunnitelmien ja ideoiden oikea -aikaiseen toteuttamiseen. Lisäksi pahamaineinen perestroika alkoi pian, mikä lopetti ehdotusten ja kehityksen massan. Tšernobylin onnettomuus vaikutti vakavasti ydinteknologian maineeseen. Lopuksi tuona aikana oli poliittisia ongelmia. Vuonna 1988 kaikki telakan 11B91 / RD0410 työt lopetettiin.
Eri lähteiden mukaan ainakin 2000 -luvun alkuun asti joitakin Baikal -kompleksin esineitä oli edelleen Semipalatinskin testipaikalla. Lisäksi yhdellä ns. kokeellinen reaktori sijaitsi edelleen työpaikalla. KBKhA onnistui valmistamaan täysimittaisen RD0410-moottorin, joka soveltuu asennettavaksi tulevaan ylempään vaiheeseen. Tekniikka sen käyttämiseksi jäi kuitenkin suunnitelmiin.
RD0410: n jälkeen
Ydinvoimarakettimoottoreiden kehitys on löytänyt sovelluksen uudessa projektissa. Vuonna 1992 useat venäläiset yritykset kehittivät yhdessä kaksimoodisen moottorin, jossa oli kiinteäfaasinen ydin ja vety muodossa oleva työneste. Rakettimoottoritilassa tällaisen tuotteen tulisi kehittää 70 kN työntövoima 920 s: n ominaisimpulssilla, ja tehotila tuottaa 25 kW sähkötehoa. Tällaista NRE: tä ehdotettiin käytettäväksi planeettojen välisissä avaruusalusten hankkeissa.
Valitettavasti tilanne ei tuolloin tuonut mukanaan uuden ja rohkean raketti- ja avaruusteknologian luomista, ja siksi ydinvoimarakettimoottorin toinen versio jäi paperille. Sikäli kuin tiedetään, kotimaiset yritykset osoittavat edelleen tiettyä kiinnostusta NRE -aiheeseen, mutta tällaisten hankkeiden toteuttaminen ei vielä vaikuta mahdolliselta tai tarkoituksenmukaiselta. On kuitenkin huomattava, että aikaisempien hankkeiden puitteissa Neuvostoliiton ja Venäjän tiedemiehet ja insinöörit pystyivät keräämään huomattavan määrän tietoa ja saamaan tärkeää kokemusta. Tämä tarkoittaa, että kun maassamme ilmenee tarve ja vastaava tilaus, voidaan luoda uusi NRE, joka on samanlainen kuin aiemmin testattu.
