Pada masa lalu, negara-negara terkemuka mencari penyelesaian baru yang mendasar dalam bidang mesin untuk teknologi roket dan ruang angkasa. Usul yang paling berani berkenaan dengan penciptaan yang disebut. enjin roket nuklear berdasarkan reaktor bahan fisil. Di negara kita, kerja ke arah ini memberikan hasil yang nyata dalam bentuk mesin RD0410 eksperimental. Walaupun begitu, produk ini tidak berjaya mendapat tempat dalam projek yang menjanjikan dan mempengaruhi perkembangan astronotik domestik dan dunia.
Cadangan dan projek
Sudah pada tahun lima puluhan, beberapa tahun sebelum pelancaran satelit pertama dan kapal angkasa berawak, prospek pengembangan enjin roket pada bahan bakar kimia telah ditentukan. Yang terakhir ini memungkinkan untuk memperoleh ciri-ciri yang sangat tinggi, tetapi pertumbuhan parameter tidak mungkin terbatas. Di masa depan, enjin harus "mencapai siling" kemampuan mereka. Dalam hal ini, untuk pengembangan sistem roket dan ruang angkasa lebih lanjut, pada dasarnya diperlukan penyelesaian baru.
Dibina, tetapi tidak diuji oleh RD0410 NRM
Pada tahun 1955, ahli akademik M. V. Keldysh datang dengan inisiatif untuk membuat mesin roket dengan reka bentuk khas, di mana reaktor nuklear akan bertindak sebagai sumber tenaga. Pengembangan idea ini dipertanggungjawabkan kepada NII-1 Kementerian Industri Penerbangan; V. M. Ievlev. Dalam masa sesingkat mungkin, pakar menyelesaikan masalah utama dan mencadangkan dua pilihan untuk NRE yang menjanjikan dengan ciri terbaik.
Versi pertama mesin, yang ditetapkan sebagai "Skema A", mencadangkan penggunaan reaktor dengan teras fasa pepejal dan permukaan pertukaran haba pepejal. Pilihan kedua, "Skema B", membayangkan penggunaan reaktor dengan zon aktif fasa gas - bahan fisil harus berada dalam keadaan plasma, dan tenaga termal dipindahkan ke cairan kerja melalui radiasi. Pakar membandingkan kedua skema tersebut dan menganggap pilihan "A" lebih berjaya. Di masa depan, dialah yang paling aktif berusaha dan bahkan mencapai ujian penuh.
Selari dengan pencarian reka bentuk NRE yang optimum, isu-isu untuk mewujudkan asas ilmiah, produksi dan ujian sedang diselesaikan. Jadi, pada tahun 1957 V. M. Ievlev mengusulkan konsep baru untuk pengujian dan penyesuaian. Semua elemen struktur utama harus diuji pada pendirian yang berlainan, dan hanya setelah itu elemen tersebut dapat disatukan menjadi satu struktur. Bagi Skema A, pendekatan ini menyiratkan penciptaan reaktor berskala penuh untuk diuji.
Pada tahun 1958, muncul keputusan terperinci Majlis Menteri, yang menentukan jalannya pekerjaan selanjutnya. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov dan S. P. Korolev. Di NII-1, sebuah jabatan khas dibentuk, diketuai oleh V. M. Ievlev, yang akan menangani arah baru. Juga, beberapa dozen organisasi ilmiah dan reka bentuk terlibat dalam pekerjaan ini. Penyertaan Kementerian Pertahanan telah dirancang. Jadual kerja dan nuansa lain dari program yang luas telah ditentukan.
Selepas itu, semua peserta projek berinteraksi secara aktif dalam satu cara atau yang lain. Di samping itu, pada tahun enam puluhan, persidangan diadakan dua kali, khusus untuk topik senjata nuklear dan isu-isu yang berkaitan.
Pangkalan ujian
Sebagai bagian dari program pengembangan NRE, diusulkan untuk menerapkan pendekatan baru untuk menguji dan menguji unit yang diperlukan. Pada masa yang sama, pakar menghadapi masalah serius. Pengesahan beberapa produk seharusnya dilakukan dalam reaktor nuklear, tetapi menjalankan aktiviti tersebut sangat sukar atau bahkan mustahil. Pengujian dapat dihambat oleh kesulitan ekonomi, organisasi atau persekitaran.
Gambar rajah pemasangan bahan api untuk IR-100
Sehubungan dengan itu, kaedah baru untuk menguji produk dikembangkan tanpa menggunakan reaktor nuklear. Pemeriksaan sedemikian dibahagikan kepada tiga peringkat. Yang pertama melibatkan kajian proses dalam reaktor pada model. Kemudian komponen reaktor atau enjin harus lulus ujian "sejuk" mekanikal dan hidraulik. Barulah pemasangan mesti diperiksa dalam keadaan suhu tinggi. Secara berasingan, setelah menyelesaikan semua komponen NRE di dudukan, mungkin untuk memulakan pemasangan reaktor eksperimen atau enjin penuh.
Untuk menjalankan ujian tiga peringkat unit, beberapa perusahaan telah membangun dan membina pelbagai tempat. Teknik untuk ujian suhu tinggi sangat menarik. Semasa pengembangannya, perlu membuat teknologi baru untuk pemanasan gas. Dari 1959 hingga 1972, NII-1 mengembangkan sejumlah plasmatron berkuasa tinggi yang memanaskan gas hingga 3000 ° K dan memungkinkan untuk menjalankan ujian suhu tinggi.
Terutama untuk pengembangan "Skema B" adalah perlu untuk mengembangkan alat yang lebih kompleks. Untuk tugas tersebut, diperlukan plasmatron dengan tekanan output beratus-ratus atmosfera dan suhu 10-15 ribu K. Pada akhir tahun enam puluhan, teknologi pemanasan gas berdasarkan interaksinya dengan sinar elektron muncul, yang membuatnya mungkin untuk mendapatkan ciri-ciri yang diperlukan.
Ketetapan Majlis Menteri memperuntukkan pembinaan kemudahan baru di tempat ujian Semipalatinsk. Di situ perlu dibuat bangku uji dan reaktor eksperimental untuk pengujian lebih lanjut pemasangan bahan bakar dan komponen lain dari NRE. Semua struktur utama dibina pada tahun 1961, dan pada masa yang sama permulaan reaktor pertama berlaku. Kemudian peralatan poligon diperhalusi dan diperbaiki beberapa kali. Beberapa bunker bawah tanah dengan perlindungan yang diperlukan bertujuan untuk menampung reaktor dan personel.
Sebenarnya, projek NRM yang menjanjikan adalah salah satu usaha yang paling berani pada masa itu, dan oleh itu membawa kepada pengembangan dan pembinaan sejumlah besar peranti unik dan instrumen ujian. Semua tempat ini memungkinkan untuk melakukan banyak eksperimen dan mengumpulkan sejumlah besar data dari pelbagai jenis, sesuai untuk pengembangan pelbagai projek.
Skim A
Kembali pada akhir tahun lima puluhan, versi enjin jenis "A" yang paling berjaya dan menjanjikan. Konsep ini mencadangkan pembinaan reaktor nuklear berdasarkan reaktor dengan penukar haba yang bertanggungjawab untuk memanaskan cecair kerja gas. Pelepasan yang terakhir melalui muncung seharusnya menimbulkan daya tuju yang diperlukan. Walaupun kesederhanaan konsep, pelaksanaan idea-idea tersebut dikaitkan dengan sejumlah kesulitan.
Model FA untuk reaktor IR-100
Pertama sekali, masalah pemilihan bahan untuk pembinaan teras timbul. Reka bentuk reaktor terpaksa menahan beban terma yang tinggi dan mengekalkan kekuatan yang diperlukan. Selain itu, ia harus melewati neutron termal, tetapi pada masa yang sama tidak kehilangan ciri-ciri kerana sinaran pengion. Penjanaan haba yang tidak rata juga diharapkan, yang menempatkan tuntutan baru pada reka bentuknya.
Untuk mencari penyelesaian dan menyempurnakan reka bentuk, bengkel khas diadakan di NII-1, yang bertujuan untuk membuat pemasangan bahan bakar model dan komponen teras lain. Pada peringkat kerja ini, pelbagai logam dan aloi, serta bahan lain, diuji. Untuk pembuatan rakitan bahan bakar, tungsten, molibdenum, grafit, karbida suhu tinggi, dll dapat digunakan. Juga, pencarian dilakukan untuk lapisan pelindung untuk mencegah kerosakan struktur.
Semasa eksperimen, didapati bahan optimum untuk pembuatan komponen individu NRE. Di samping itu, adalah mungkin untuk mengesahkan kemungkinan mendasar untuk mendapatkan dorongan tertentu dari pesanan 850-900 s. Ini memberikan enjin yang menjanjikan prestasi tertinggi dan kelebihan yang signifikan berbanding sistem bahan bakar kimia.
Inti reaktor adalah silinder dengan panjang sekitar 1 m dan diameter 50 mm. Pada saat yang sama, diharapkan dapat membuat 26 varian unit bahan bakar dengan fitur tertentu. Berdasarkan keputusan ujian berikutnya, yang paling berjaya dan berkesan dipilih. Reka bentuk pemasangan bahan bakar yang dijumpai disediakan untuk penggunaan dua komposisi bahan bakar. Yang pertama adalah campuran uranium-235 (90%) dengan niobium atau zirkonium karbida. Campuran ini dibentuk dalam bentuk batang berpintal empat rasuk panjang 100 mm dan diameter 2.2 mm. Komposisi kedua terdiri daripada uranium dan grafit; ia dibuat dalam bentuk prisma heksagon sepanjang 100-200 mm dengan saluran dalaman 1 mm yang mempunyai lapisan. Batang dan prisma diletakkan di dalam kotak logam tahan panas yang ditutup.
Ujian perhimpunan dan elemen di tapak ujian Semipalatinsk bermula pada tahun 1962. Selama dua tahun bekerja, 41 reaktor dimulakan. Pertama sekali, kami berjaya menemui versi kandungan inti yang paling berkesan. Semua penyelesaian dan ciri utama juga disahkan. Khususnya, semua unit reaktor mengatasi beban terma dan radiasi. Oleh itu, didapati bahawa reaktor yang dikembangkan mampu menyelesaikan tugas utamanya - memanaskan hidrogen gas hingga 3000-3100 ° K pada kadar aliran tertentu. Semua ini memungkinkan untuk mula mengembangkan enjin roket nuklear yang lengkap.
11B91 di "Baikal"
Pada awal tahun enam puluhan, kerja bermula pada penciptaan NRE sepenuhnya berdasarkan produk dan perkembangan yang ada. Mula-mula, NII-1 mengkaji kemungkinan membuat seluruh keluarga mesin roket dengan parameter yang berbeza, sesuai untuk digunakan dalam pelbagai projek teknologi roket. Dari keluarga ini, mereka adalah yang pertama merancang dan membina enjin tujahan rendah - 36 kN. Produk seperti itu kemudian dapat digunakan di tahap atas yang menjanjikan, sesuai untuk mengirim kapal angkasa ke benda langit yang lain.
Reaktor IRGIT semasa pemasangan
Pada tahun 1966, NII-1 dan Biro Reka Bentuk Automatik Kimia memulakan kerja sama untuk membentuk dan merancang mesin roket nuklear masa depan. Tidak lama kemudian mesin menerima indeks 11B91 dan RD0410. Elemen utamanya ialah reaktor bernama IR-100. Kemudian, reaktor tersebut dinamakan IRGIT ("Reaktor penyelidikan untuk kajian kumpulan TVEL"). Pada mulanya, ia dirancang untuk membuat dua projektor nuklear yang berbeza. Yang pertama adalah produk eksperimen untuk ujian di tempat ujian, dan yang kedua adalah model penerbangan. Namun, pada tahun 1970, kedua-dua projek tersebut digabungkan dengan tujuan untuk melakukan ujian lapangan. Selepas itu, KBHA menjadi pembangun utama sistem baru.
Dengan menggunakan perkembangan dalam penyelidikan awal dalam bidang pendorong nuklear, dan juga menggunakan pangkalan ujian yang ada, adalah mungkin untuk menentukan dengan cepat penampilan 11B91 masa depan dan memulai rancangan teknikal yang lengkap.
Pada masa yang sama, kompleks bangku "Baikal" telah dibuat untuk ujian masa depan di lokasi ujian. Enjin baru dicadangkan untuk diuji di kemudahan bawah tanah dengan perlindungan penuh. Alat untuk mengumpulkan dan menyelesaikan cecair kerja gas telah disediakan. Untuk menghindari pelepasan radiasi, gas harus disimpan di gashder, dan hanya setelah itu gas tersebut dapat dilepaskan ke atmosfer. Oleh kerana kerumitan kerja, kompleks Baikal telah dibina selama lebih kurang 15 tahun. Objek terakhirnya selesai setelah permulaan ujian pada yang pertama.
Pada tahun 1977, di kompleks Baikal, stesen kerja kedua untuk loji perintis ditugaskan, dilengkapi dengan alat untuk membekalkan cecair kerja dalam bentuk hidrogen. Pada 17 September, pelancaran fizikal produk 11B91 telah dilakukan. Permulaan kuasa berlaku pada 27 Mac 1978. Pada 3 Julai dan 11 Ogos, dua ujian kebakaran dilakukan dengan operasi penuh produk sebagai reaktor nuklear. Dalam ujian ini, reaktor secara beransur-ansur dibawa ke kuasa 24, 33 dan 42 MW. Hidrogen dipanaskan hingga 2630 ° K. Pada awal tahun lapan puluhan, dua prototaip lain diuji. Mereka menunjukkan kuasa hingga 62-63 MW dan gas yang dipanaskan hingga 2500 ° K.
Projek RD0410
Pada usia 70-an dan lapan puluhan, ia adalah persoalan untuk mewujudkan NRM yang lengkap, sesuai untuk pemasangan pada peluru berpandu atau tahap atas. Penampilan akhir produk sedemikian telah dibentuk, dan ujian di tapak ujian Semipalatinsk mengesahkan semua ciri reka bentuk utama.
Enjin RD0410 siap jelas berbeza dengan produk yang ada. Ini dibezakan oleh komposisi unit, susun atur dan bahkan penampilannya, kerana prinsip operasi lain. Sebenarnya, RD0410 dibahagikan kepada beberapa blok utama: reaktor, bermaksud membekalkan cecair kerja dan penukar haba dan muncung. Reaktor padat menempati kedudukan pusat, dan selebihnya peranti diletakkan di sebelahnya. Juga, YARD memerlukan tangki berasingan untuk hidrogen cecair.
Ketinggian total produk RD0410 / 11B91 mencapai 3,5 m, diameter maksimum adalah 1,6 m. Berat, dengan mengambil kira perlindungan radiasi, adalah 2 tan. Daya tuju enjin yang dihitung dalam kekosongan mencapai 35,2 kN atau 3,59 tf. Dorongan khusus dalam kekosongan adalah 910 kgf • s / kg atau 8927 m / s. Enjin boleh dihidupkan 10 kali. Sumber - 1 jam. Dengan pengubahsuaian tertentu di masa depan, adalah mungkin untuk meningkatkan ciri ke tahap yang diperlukan.
Telah diketahui bahawa cecair kerja yang dipanaskan dari reaktor nuklear tersebut mempunyai radioaktif yang terhad. Walaupun begitu, setelah ujian dilakukan, pertahanan itu dipertahankan, dan kawasan di mana tempat berdiri mesti ditutup selama sehari. Penggunaan enjin sedemikian di atmosfer Bumi dianggap tidak selamat. Pada saat yang sama, ia dapat digunakan sebagai bagian dari tahap atas yang mulai bekerja di luar atmosfera. Setelah digunakan, blok tersebut harus dihantar ke orbit pelupusan.
Kembali pada tahun enam puluhan, idea untuk mewujudkan loji kuasa berdasarkan reaktor nuklear muncul. Cecair kerja yang dipanaskan boleh dimasukkan ke turbin yang disambungkan ke generator. Loji tenaga seperti itu menarik untuk pengembangan astronautik lebih lanjut, kerana mereka memungkinkan untuk menyingkirkan masalah dan sekatan yang ada dalam bidang menjana elektrik untuk peralatan onboard.
Pada tahun lapan puluhan, idea loji kuasa mencapai tahap reka bentuk. Projek produk seperti itu berdasarkan enjin RD0410 sedang dijalankan. Salah satu reaktor eksperimen IR-100 / IRGIT terlibat dalam eksperimen mengenai topik ini, di mana ia menyediakan operasi penjana 200 kW.
Persekitaran baru
Kerja teori dan praktikal utama mengenai subjek NRE Soviet dengan teras fasa pepejal diselesaikan pada pertengahan tahun lapan puluhan. Industri ini boleh mula mengembangkan booster block atau teknologi roket dan ruang angkasa lain untuk mesin RD0410 yang ada. Walau bagaimanapun, karya-karya seperti itu tidak pernah dimulakan tepat pada waktunya, dan tidak lama kemudian karya mereka menjadi mustahil.
Pada masa ini, industri ruang angkasa tidak memiliki sumber daya yang cukup untuk pelaksanaan semua rancangan dan idea tepat waktu. Sebagai tambahan, Perestroika yang terkenal akan segera bermula, yang mengakhiri banyak cadangan dan perkembangan. Reputasi teknologi nuklear terjejas teruk oleh kemalangan Chernobyl. Akhirnya, terdapat masalah politik dalam tempoh tersebut. Pada tahun 1988, semua kerja di YARD 11B91 / RD0410 dihentikan.
Menurut pelbagai sumber, sekurang-kurangnya hingga awal tahun 2000-an, beberapa objek di kompleks Baikal masih kekal di lokasi ujian Semipalatinsk. Lebih-lebih lagi pada salah satu yang disebut. reaktor eksperimen masih berada di tempat kerja. KBKhA berjaya menghasilkan enjin RD0410 lengkap, sesuai untuk pemasangan pada tahap atas yang akan datang. Walau bagaimanapun, teknik untuk menggunakannya tetap ada dalam rancangan.
Selepas RD0410
Perkembangan mengenai masalah enjin roket nuklear telah ditemukan dalam projek baru. Pada tahun 1992, sejumlah syarikat Rusia bersama-sama mengembangkan enjin dua mod dengan teras fasa pepejal dan cecair berfungsi dalam bentuk hidrogen. Dalam mod enjin roket, produk seperti itu harus menghasilkan daya tuju 70 kN dengan dorongan khusus 920 s, dan mod kuasa memberikan 25 kW tenaga elektrik. NRE semacam itu dicadangkan untuk digunakan dalam projek kapal angkasa antara planet.
Malangnya, pada masa itu keadaan tidak kondusif untuk penciptaan teknologi roket dan ruang angkasa baru dan berani, dan oleh itu versi kedua enjin roket nuklear tetap ada di atas kertas. Sejauh yang diketahui, perusahaan domestik masih menunjukkan minat tertentu terhadap subjek NRE, tetapi pelaksanaan proyek-proyek tersebut tampaknya tidak mungkin dilakukan atau bermanfaat. Walaupun begitu, perlu diperhatikan bahawa dalam kerangka projek sebelumnya, para saintis dan jurutera Soviet dan Rusia dapat mengumpulkan sejumlah besar maklumat dan memperoleh pengalaman penting. Ini bermaksud bahawa apabila ada keperluan dan pesanan yang sesuai muncul di negara kita, NRE baru dapat dibuat serupa dengan yang diuji pada masa lalu.
