Varem otsisid juhtivad riigid põhimõtteliselt uusi lahendusi raketi- ja kosmosetehnoloogia mootorite valdkonnas. Kõige julgemad ettepanekud puudutasid nn. lõhustuva materjali reaktoril põhinevad tuumarakettmootorid. Meie riigis andis sellesuunaline töö reaalseid tulemusi eksperimentaalse RD0410 mootori näol. Sellele vaatamata ei õnnestunud sellel tootel leida oma kohta paljutõotavates projektides ning mõjutada kodumaise ja maailma astronautika arengut.
Ettepanekud ja projektid
Juba viiekümnendatel, paar aastat enne esimese satelliidi ja mehitatud kosmoselaeva starti, tehti kindlaks väljavaated raketimootorite arendamiseks keemilisel kütusel. Viimane võimaldas saada väga kõrgeid omadusi, kuid parameetrite kasv ei saanud olla lõpmatu. Tulevikus pidid mootorid oma võimete "lakke lööma". Sellega seoses oli raketi- ja kosmosesüsteemide edasiarendamiseks vaja põhimõtteliselt uusi lahendusi.
Ehitatud, kuid pole RD0410 NRM poolt testitud
1955. aastal oli akadeemik M. V. Keldysh pakkus välja algatuse luua erikujundusega raketimootor, milles energiaallikana toimiks tuumareaktor. Selle idee väljatöötamine usaldati lennundustööstuse ministeeriumi NII-1; V. M. Ievlev. Spetsialistid töötasid võimalikult lühikese aja jooksul välja peamised küsimused ja pakkusid välja kaks võimalust paljutõotava parimate omadustega NRE jaoks.
Mootori esimeses versioonis, mida tähistati kui skeemi A, pakuti välja reaktori kasutamine tahkefaasilise südamikuga ja tahkete soojusvahetuspindadega. Teine võimalus, "skeem B", nägi ette gaasifaasi aktiivse tsooniga reaktori kasutamist - lõhustuv aine pidi olema plasmas ja soojusenergia kanti kiirguse abil töövedelikku. Eksperdid võrdlesid kahte skeemi ja pidasid varianti "A" edukamaks. Tulevikus töötas ta kõige aktiivsemalt ja jõudis isegi täieõiguslike testideni.
Paralleelselt NRE optimaalsete kujunduste otsimisega tegeleti teadusliku, tootmis- ja testimisbaasi loomise küsimustega. Niisiis, 1957. aastal V. M. Ievlev pakkus välja uue kontseptsiooni testimiseks ja peenhäälestamiseks. Kõiki peamisi konstruktsioonielemente tuli katsetada erinevatel stendidel ja alles pärast seda sai need kokku panna üheks struktuuriks. Skeemi A puhul tähendas see lähenemisviis testimiseks täismõõdus reaktorite loomist.
1958. aastal ilmus ministrite nõukogu üksikasjalik resolutsioon, mis määras edasise töö käigu. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov ja S. P. Korolev. NII-1 juures moodustati eriosakond, mida juhtis V. M. Ievlev, kes pidi tegelema uue suunaga. Samuti kaasati töösse mitukümmend teadus- ja disainiorganisatsiooni. Plaanis oli kaitseministeeriumi osalemine. Määrati kindlaks töögraafik ja muud ulatusliku programmi nüansid.
Seejärel suhtlesid kõik projektis osalejad ühel või teisel viisil aktiivselt. Lisaks toimus kuuekümnendatel aastatel kaks korda konverentse, mis olid pühendatud üksnes tuumarelvade teemale ja sellega seotud küsimustele.
Katsebaas
NRE arendusprogrammi osana tehti ettepanek rakendada uut lähenemisviisi vajalike üksuste testimisel ja katsetamisel. Samal ajal seisid spetsialistid silmitsi tõsise probleemiga. Mõne toote kontrollimine pidi toimuma tuumareaktoris, kuid sellise tegevuse läbiviimine oli äärmiselt raske või isegi võimatu. Testimist võivad takistada majanduslikud, organisatsioonilised või keskkonnaga seotud raskused.
IR-100 kütuse kokkupaneku skeem
Sellega seoses töötati välja uued toodete katsetamise meetodid ilma tuumareaktoreid kasutamata. Sellised kontrollid jagunesid kolmeks etapiks. Esimene hõlmas reaktoris protsesside uurimist mudelitel. Seejärel pidid reaktori või mootori komponendid läbima mehaanilised ja hüdraulilised "külmakatsed". Alles seejärel tuli sõlmi kõrge temperatuuri tingimustes kontrollida. Eraldi, pärast stendide juures kõigi NRE komponentide väljatöötamist, oli võimalik alustada täieõigusliku katselise reaktori või mootori kokkupanekuga.
Üksuste kolmeastmeliste testide läbiviimiseks on mitu ettevõtet välja töötanud ja ehitanud erinevaid stende. Erilist huvi pakub kõrgel temperatuuril testimise tehnika. Selle väljatöötamise käigus oli vaja luua uusi tehnoloogiaid gaaside soojendamiseks. Aastatel 1959–1972 arendas NII-1 välja mitmeid suure võimsusega plasmatroone, mis kuumutasid gaase kuni 3000 ° K ja võimaldasid teha kõrge temperatuuriga katseid.
Eriti skeemi B arendamiseks oli vaja välja töötada veelgi keerukamad seadmed. Selliste ülesannete jaoks oli vaja plasmatrooni, mille väljundrõhk oli sadu atmosfääre ja temperatuur 10-15 tuhat K. Kuuekümnendate lõpuks ilmus gaasikütte tehnoloogia, mis põhineb selle interaktsioonil elektronkiirtega. võimalik saada vajalikke omadusi.
Ministrite nõukogu resolutsioon nägi ette Semipalatinski katsepolügoonile uue rajatise ehitamise. Seal oli vaja ehitada katsestend ja katseline reaktor kütusesõlmede ja muude NRE komponentide edasiseks testimiseks. Kõik põhikonstruktsioonid ehitati 1961. aastaks ja samal ajal toimus ka esimene reaktori käivitamine. Seejärel täiustati ja täiustati polügoonvarustust mitu korda. Reaktori ja personali majutamiseks oli ette nähtud mitu vajaliku kaitsega maa -alust punkrit.
Tegelikult oli paljutõotava NRM -i projekt oma aja üks julgemaid ettevõtmisi ning viis seetõttu ainulaadsete seadmete ja testimisvahendite massi väljatöötamiseni ja ehitamiseni. Kõik need stendid võimaldasid teha palju katseid ja koguda suurel hulgal mitmesuguseid andmeid, mis sobivad erinevate projektide arendamiseks.
Skeem A
Veel viiekümnendate lõpus oli mootoritüübi "A" kõige edukam ja paljutõotavam versioon. See kontseptsioon pakkus välja tuumareaktori ehitamise, mis põhineb gaasilise töövedeliku kuumutamise eest vastutavatel soojusvahetitega reaktoril. Viimase väljutamine düüsi kaudu pidi looma vajaliku tõukejõu. Vaatamata kontseptsiooni lihtsusele seostati selliste ideede elluviimisega mitmeid raskusi.
FA mudel IR-100 reaktorile
Kõigepealt tekkis südamiku ehitamiseks vajalike materjalide valiku probleem. Reaktori konstruktsioon pidi taluma suuri termilisi koormusi ja säilitama vajaliku tugevuse. Lisaks pidi see läbima termilisi neutroneid, kuid samal ajal mitte kaotama omadusi ioniseeriva kiirguse tõttu. Oodati ka ebaühtlast soojuse tekkimist südamikus, mis seadis selle disainile uued nõudmised.
Lahenduste otsimiseks ja disaini viimistlemiseks korraldati aadressil NII-1 spetsiaalne töötuba, mille eesmärk oli valmistada mudelkütuse sõlmed ja muud põhikomponendid. Selles tööetapis katsetati erinevaid metalle ja sulamid ning muid materjale. Kütusesõlmede valmistamiseks võiks kasutada volframit, molübdeeni, grafiiti, kõrgtemperatuurilisi karbiide jne. Samuti otsiti kaitsekatteid, et vältida konstruktsiooni hävimist.
Katsete käigus leiti optimaalsed materjalid NRE üksikute komponentide valmistamiseks. Lisaks oli võimalik kinnitada põhimõttelist võimalust saada konkreetne impulss suurusjärgus 850-900 s. See andis paljulubavale mootorile kõrgeima jõudluse ja märkimisväärse eelise keemiliste kütusesüsteemide ees.
Reaktorisüdamik oli umbes 1 m pikkune ja 50 mm läbimõõduga silinder. Samal ajal kavandati luua 26 teatud omadustega kütusesõlmede varianti. Järgnevate testide tulemuste põhjal valiti välja kõige edukamad ja tõhusamad. Leitud kütusesõlmede konstruktsioon nägi ette kahe kütusekompositsiooni kasutamise. Esimene neist oli uraan-235 (90%) segu nioobiumi või tsirkooniumkarbiidiga. See segu vormiti nelja talaga keerdvarda kujul, mille pikkus oli 100 mm ja läbimõõt 2,2 mm. Teine koostis koosnes uraanist ja grafiidist; see valmistati 100–200 mm pikkuste kuusnurksete prismade kujul, millel oli 1 mm sisemine kanal, millel oli vooder. Vardad ja prismad paigutati suletud kuumakindlasse metallist korpusesse.
Koostude ja elementide katsetamine Semipalatinski katsepaigas algas 1962. aastal. Kaheaastase töö jaoks toimus 41 reaktori käivitamist. Esiteks õnnestus meil leida põhisisu kõige tõhusam versioon. Samuti kinnitati kõik peamised lahendused ja omadused. Eelkõige tulid kõik reaktori üksused toime termiliste ja kiirguskoormustega. Seega leiti, et välja töötatud reaktor on võimeline lahendama oma põhiülesande - kuumutada gaasilist vesinikku antud voolukiirusel temperatuurini 3000-3100 ° K. Kõik see võimaldas alustada täieõigusliku tuumarakettmootori väljatöötamist.
11B91 "Baikalil"
Kuuekümnendate alguses alustati täieõigusliku NRE loomist olemasolevate toodete ja arengute põhjal. Kõigepealt uuris NII-1 võimalust luua terve erinevate parameetritega raketimootorite perekond, mis sobib kasutamiseks erinevates raketitehnoloogia projektides. Sellest perekonnast olid nad esimesed, kes kavandasid ja ehitasid väikese tõukejõuga mootori - 36 kN. Sellist toodet võiks hiljem kasutada paljulubavas ülemises etapis, mis sobib kosmoselaevade saatmiseks teistele taevakehadele.
IRGIT reaktor kokkupaneku ajal
1966. aastal alustasid NII-1 ja keemilise automaatika projekteerimisbüroo ühist tööd tulevase tuumarakettmootori kujundamisel ja projekteerimisel. Varsti sai mootor indeksid 11B91 ja RD0410. Selle peamine element oli reaktor nimega IR-100. Hiljem sai reaktor nime IRGIT ("Research rector for group studies of TVEL"). Esialgu oli plaanis luua kaks erinevat tuumaprojektorit. Esimene oli katsepaigaks katsetamiseks mõeldud eksperimentaalne toode ja teine oli lennumudel. Kuid 1970. aastal ühendati need kaks projekti välitesti tegemise eesmärgil. Pärast seda sai KBHAst uue süsteemi juhtivarendaja.
Kasutades tuumajõuseadmete valdkonna eeluuringute arenguid ja kasutades olemasolevat katsebaasi, oli võimalik kiiresti kindlaks teha tulevase 11B91 välimus ja alustada täieõigusliku tehnilise projektiga.
Samal ajal loodi "Baikali" pingikompleks tulevasteks testideks testimiskohas. Uut mootorit soovitati katsetada maa -aluses rajatises, millel on täielik kaitse. Pakuti vahendeid gaasilise töövedeliku kogumiseks ja setitamiseks. Kiirguse vältimiseks tuli gaasi hoida gaasipesades ja alles pärast seda sai selle atmosfääri paisata. Töö erilise keerukuse tõttu on Baikali kompleksi ehitatud umbes 15 aastat. Viimane selle objektidest valmis pärast esimeste testide algust.
1977. aastal telliti Baikali kompleksis teine katsejaamade tööjaam, mis oli varustatud töövedeliku varustamiseks vesinikuga. 17. septembril viidi läbi toote 11B91 füüsiline turuletoomine. Toite käivitamine toimus 27. märtsil 1978. aastal. 3. juulil ja 11. augustil viidi läbi kaks tulekatset toote täieliku toimimisega tuumareaktorina. Nendes katsetes viidi reaktor järk -järgult võimsusele 24, 33 ja 42 MW. Vesinik kuumutati temperatuurini 2630 ° K. Kaheksakümnendate alguses katsetati veel kahte prototüüpi. Nende võimsus oli kuni 62–63 MW ja gaasi kuumutati kuni 2500 ° K.
RD0410 projekt
Seitsmekümnendate ja kaheksakümnendate aastate vahetusel oli küsimus täieõigusliku NRM-i loomisest, mis sobib täielikult paigaldamiseks rakettidele või ülemistele etappidele. Sellise toote lõplik välimus moodustati ja Semipalatinski katseplatsil tehtud katsed kinnitasid kõiki peamisi disainiomadusi.
Valmis RD0410 mootor erines märgatavalt olemasolevatest toodetest. Seda eristas üksuste koosseis, paigutus ja isegi välimus teiste tööpõhimõtete tõttu. Tegelikult oli RD0410 jagatud mitmeks põhiplokiks: reaktor, vahendid töövedeliku varustamiseks ning soojusvaheti ja otsik. Kompaktne reaktor asus kesksel kohal ja ülejäänud seadmed paigutati selle kõrvale. Samuti vajas YARD vedela vesiniku jaoks eraldi paaki.
Toote RD0410 / 11B91 kogukõrgus ulatus 3,5 m -ni, maksimaalne läbimõõt oli 1,6 m. Kaal, arvestades kiirguskaitset, oli 2 tonni. Mootori arvutatud tõukejõud tühimikus ulatus 35,2 kN -ni või 3,59 tf -ni. Spetsiifiline impulss tühimikus on 910 kgf • s / kg või 8927 m / s. Mootori sai sisse lülitada 10 korda. Ressurss - 1 tund. Tulevikus teatud muudatuste abil oli võimalik omadusi nõutavale tasemele tõsta.
On teada, et sellise tuumareaktori kuumutatud töövedelikul oli piiratud radioaktiivsus. Sellest hoolimata kaitseti seda pärast katseid ja ala, kus stend asus, tuli päevaks sulgeda. Sellise mootori kasutamist Maa atmosfääris peeti ohtlikuks. Samal ajal saab seda kasutada osana ülemistest etappidest, mis alustavad tööd väljaspool atmosfääri. Pärast kasutamist tuleb sellised plokid saata kõrvaldamise orbiidile.
Veel kuuekümnendatel ilmus idee tuumareaktoril põhineva elektrijaama loomiseks. Kuumutatud töövedelikku saab suunata generaatoriga ühendatud turbiinile. Sellised elektrijaamad pakkusid astronautika edasiarendamiseks huvi, kuna need võimaldasid vabaneda olemasolevatest probleemidest ja piirangutest pardaseadmete elektritootmise valdkonnas.
Kaheksakümnendatel jõudis elektrijaama idee projekteerimisjärku. Töötati välja sellise toote projekt, mis põhineb mootoril RD0410. Üks eksperimentaalsetest reaktoritest IR-100 / IRGIT osales selleteemalistes katsetes, mille käigus ta pakkus 200 kW generaatori tööd.
Uus keskkond
Põhiline teoreetiline ja praktiline töö tahkefaasilise südamikuga Nõukogude NRE teemal sai valmis kaheksakümnendate keskpaigaks. Tööstusharu võiks hakata arendama võimendusplokki või muud raketi- ja kosmosetehnoloogiat olemasolevale RD0410 mootorile. Selliseid töid ei alustatud aga kunagi õigeaegselt ja peagi muutus nende algus võimatuks.
Sel ajal ei olnud kosmosetööstusel piisavalt ressursse kõigi plaanide ja ideede õigeaegseks elluviimiseks. Lisaks algas peagi kurikuulus perestroika, mis lõpetas ettepanekute ja arengute massi. Tšernobõli õnnetus mõjutas tugevalt tuumatehnoloogia mainet. Lõpuks oli sel perioodil poliitilisi probleeme. 1988. aastal lõpetati kõik tööd hoovis 11B91 / RD0410.
Erinevate allikate andmetel jäid vähemalt kuni 2000. aastate alguseni mõned Baikali kompleksi objektid endiselt Semipalatinski katseplatsile. Veelgi enam, ühel nn. katsereaktor asus endiselt töökohal. KBKhA-l õnnestus valmistada täisväärtuslik RD0410 mootor, mis sobib paigaldamiseks tulevasse ülemisse etappi. Selle kasutamise tehnika jäi aga plaanidesse.
Pärast RD0410
Arengud tuumarakettmootorite teemal on leidnud rakendust uues projektis. 1992. aastal töötasid mitmed Venemaa ettevõtted ühiselt välja kahemoodilise mootori, millel oli tahkefaasiline südamik ja töövedelik vesiniku kujul. Raketimootori režiimis peaks selline toode arendama tõukejõudu 70 kN ja konkreetse impulsiga 920 s ning võimsusrežiim annab 25 kW elektrienergiat. Sellist NRE -d pakuti välja planeetidevaheliste kosmoselaevade projektides.
Kahjuks ei soodustanud olukord toona uue ja julge raketi- ja kosmosetehnoloogia loomist ning seetõttu jäi tuumarakettmootori teine versioon paberile. Teadaolevalt näitavad kodumaised ettevõtted endiselt teatavat huvi NRE teema vastu, kuid selliste projektide elluviimine ei tundu veel võimalik ega otstarbekas. Sellegipoolest tuleb märkida, et varasemate projektide raames suutsid nõukogude ja vene teadlased ja insenerid koguda märkimisväärse hulga teavet ja omandada olulisi kogemusi. See tähendab, et kui meie riigis tekib vajadus ja tekib vastav tellimus, saab luua uue NRE, mis sarnaneb minevikus testitud.
