Motor de rachetă nucleară RD0410. Dezvoltare îndrăzneață, fără perspective
În trecut, țările lider căutau soluții fundamental noi în domeniul motoarelor pentru rachete și tehnologie spațială. Cele mai îndrăznețe propuneri au vizat crearea așa-zisului. motoarele de rachete nucleare bazate pe un reactor cu materie fisionabilă. La noi, munca în această direcție a dat un rezultat real sub forma unui motor experimental RD0410. Cu toate acestea, acest produs nu a reușit să-și găsească locul în proiecte promițătoare și să influențeze dezvoltarea cosmonauticii interne și mondiale.
Oferte si proiecte
Deja în anii cincizeci, cu câțiva ani înainte de lansarea primului satelit și a primei nave spațiale cu echipaj, au fost determinate perspectivele dezvoltării motoarelor rachete pe combustibil chimic. Acesta din urmă a făcut posibilă obținerea unor performanțe foarte înalte, dar creșterea parametrilor nu a putut fi infinită. În viitor, motoarele au trebuit să „se sprijine de plafonul” capacităților lor. În acest sens, au fost necesare soluții fundamental noi pentru dezvoltarea în continuare a sistemelor de rachete și spațiale.
Construit, dar netestat tip YRD RD0410
În 1955 academicianul M.V. Keldysh a luat inițiativa de a crea un motor-rachetă cu un design special, în care un reactor nuclear să acționeze ca sursă de energie. Dezvoltarea acestei idei a fost încredințată NII-1 a Ministerului aviaţie industrie; V.M. a devenit șeful lucrării. Ievlev. În cel mai scurt timp posibil, specialiștii au rezolvat principalele probleme și au propus două opțiuni pentru o NRE promițătoare și cu cele mai bune caracteristici.
Prima versiune a motorului, denumită „Schema A”, a propus utilizarea unui reactor în fază solidă și a suprafețelor solide de schimb de căldură. A doua opțiune, „Schema B”, prevedea utilizarea unui reactor cu miez în fază gazoasă - substanța fisionabilă trebuia să fie în stare de plasmă, iar energia termică a fost transferată fluidului de lucru prin radiație. Experții au comparat cele două scheme și au considerat că opțiunea „A” este mai de succes. În viitor, el a fost cel mai activ antrenat și chiar a ajuns la teste cu drepturi depline.
În paralel cu căutarea unor modele optime de NRE, au fost rezolvate problemele creării unei baze științifice, industriale și de testare. Deci, în 1957 V.M. Ievlev a propus un nou concept de testare și depanare. Toate elementele structurale principale au trebuit să fie testate la standuri diferite și numai după aceea au putut fi asamblate într-o singură structură. În cazul „Schemei A”, această abordare a presupus crearea de reactoare la scară largă pentru testare.
În 1958, a apărut o rezoluție detaliată a Consiliului de Miniștri, care a determinat cursul lucrărilor ulterioare. M.V. a fost numit responsabil pentru dezvoltarea NRE. Keldysh, I.V. Kurchatov și S.P. Korolev. La NII-1 s-a format un departament special, condus de V.M. Ievlev, care a avut de-a face cu o nouă direcție. De asemenea, în lucrare au fost implicate câteva zeci de organizații științifice și de design. Era planificată participarea Ministerului Apărării. S-a stabilit programul de lucru și alte nuanțe ale programului amplu.
Ulterior, toți participanții la proiect au interacționat activ într-un fel sau altul. În plus, în anii XNUMX au avut loc două conferințe dedicate exclusiv subiectului YARD și problemelor conexe.
Baza de testare
În cadrul programului de dezvoltare a NRE, s-a propus aplicarea unei noi abordări pentru testarea și dezvoltarea unităților necesare. În același timp, specialiștii s-au confruntat cu o problemă serioasă. Testarea unor produse a trebuit să fie efectuată într-un reactor nuclear, dar astfel de activități au fost extrem de dificile sau chiar imposibile. Testele ar putea fi îngreunate de dificultăți de natură economică, organizațională sau de mediu.
Schema ansamblului combustibil pentru IR-100
În acest sens, au fost dezvoltate noi metode de testare a produselor fără utilizarea reactoarelor nucleare. Astfel de verificări au fost împărțite în trei etape. Prima a implicat studiul proceselor din reactor pe modele. Apoi componentele reactorului sau motorului trebuiau supuse unor teste mecanice și hidraulice „la rece”. Abia după aceea, nodurile ar trebui verificate în condiții de temperatură ridicată. După ce au elaborat toate componentele NRE separat pe standuri, a fost posibil să începem asamblarea unui reactor sau motor experimental cu drepturi depline.
Pentru a efectua testarea în trei etape a unităților, mai multe întreprinderi au dezvoltat și construit diferite standuri. Un interes deosebit este tehnica de testare la temperaturi ridicate. În timpul dezvoltării sale, a fost necesar să se creeze noi tehnologii pentru încălzirea gazelor. Din 1959 până în 1972, NII-1 a dezvoltat un număr de plasmatroni de mare putere care au încălzit gaze până la 3000°K și au făcut posibilă efectuarea de teste la temperatură înaltă.
Mai ales pentru elaborarea „Schemei B”, au trebuit dezvoltate dispozitive și mai complexe. Pentru astfel de sarcini, era necesară o lanternă cu plasmă cu o presiune de ieșire de sute de atmosfere și o temperatură de 10-15 mii de grade K. Până la sfârșitul anilor șaizeci, a apărut o tehnologie de încălzire cu gaz bazată pe interacțiunea sa cu fasciculele de electroni, care a făcut este posibilă obținerea caracteristicilor cerute.
Rezoluția Consiliului de Miniștri prevedea construirea unei noi instalații la locul de testare Semipalatinsk. Acolo ar fi trebuit construite un banc de testare și un reactor experimental pentru testarea ulterioară a ansamblurilor de combustibil și a altor componente ale NRE. Toate structurile principale au fost construite până în 1961, iar prima pornire a reactorului a avut loc în același timp. Apoi echipamentul poligonului a fost rafinat și îmbunătățit de mai multe ori. Mai multe buncăre subterane cu protecția necesară au fost destinate să găzduiască reactorul și personalul.
De fapt, proiectul unui YARD promițător a fost una dintre cele mai îndrăznețe întreprinderi ale timpului său și, prin urmare, a condus la dezvoltarea și construcția unei mase de dispozitive și dispozitive de testare unice. Toate aceste standuri au făcut posibilă efectuarea a numeroase experimente și colectarea unei cantități mari de date de diferite tipuri, potrivite pentru dezvoltarea diferitelor proiecte.
"Schema A"
La sfârșitul anilor cincizeci, varianta motorului de tip „A” era considerată cea mai de succes și promițătoare. Acest concept a propus construirea unui motor de rachetă nucleară bazat pe un reactor cu schimbătoare de căldură responsabile cu încălzirea fluidului de lucru gazos. Ejectarea acestuia din urmă prin duză trebuia să creeze forța necesară. În ciuda simplității conceptului, implementarea unor astfel de idei a fost asociată cu o serie de dificultăți.
Model de ansambluri combustibile pentru reactorul IR-100
În primul rând, a apărut problema alegerii materialelor pentru construcția miezului. Proiectarea reactorului trebuia să reziste la sarcini termice mari și să mențină rezistența necesară. În plus, a trebuit să treacă neutronii termici, dar în același timp să nu-și piardă caracteristicile din cauza radiațiilor ionizante. De asemenea, era de așteptat o degajare neuniformă de căldură în miez, ceea ce a impus noi cerințe asupra designului său.
Pentru a căuta soluții și a rafina designul, NII-1 a organizat un atelier special, care urma să realizeze modele de ansambluri de combustibil și alte componente de bază. În această etapă a lucrării, au fost testate diverse metale și aliaje, precum și alte materiale. Pentru fabricarea ansamblurilor combustibile se pot folosi wolfram, molibden, grafit, carburi la temperaturi ridicate etc. De asemenea, a fost efectuată o căutare pentru acoperiri de protecție care împiedică distrugerea structurii.
În timpul experimentelor s-au găsit materiale optime pentru fabricarea componentelor individuale ale NRE. În plus, a fost posibilă confirmarea posibilității fundamentale de a obține un impuls specific de ordinul 850–900 s. Acest lucru a oferit motorului promițător cea mai înaltă performanță și un avantaj semnificativ față de sistemele de combustibil chimic.
Miezul reactorului era un cilindru de aproximativ 1 m lungime și 50 mm în diametru. În același timp, s-a avut în vedere crearea a 26 de variante de ansambluri de combustibil cu anumite caracteristici. Pe baza rezultatelor testelor ulterioare, au fost alese cele mai reușite și eficiente. Proiectul găsit al ansamblurilor de combustibil prevedea utilizarea a două compoziții de combustibil. Primul a fost un amestec de uraniu-235 (90%) cu niobiu sau carbură de zirconiu. Un astfel de amestec a fost turnat sub forma unei tije răsucite cu patru grinzi de 100 mm lungime și 2,2 mm în diametru. A doua compoziție era formată din uraniu și grafit; a fost realizat sub formă de prisme hexagonale lungi de 100-200 mm cu canal intern de 1 mm, care avea o căptușeală. Tijele și prismele au fost plasate într-o carcasă metalică rezistentă la căldură.
Testarea ansamblurilor și elementelor la locul de testare Semipalatinsk a început în 1962. Pentru doi ani de muncă au avut loc 41 de lansări ale reactorului. În primul rând, am reușit să găsim cea mai eficientă versiune a conținutului de bază. De asemenea, au fost confirmate toate deciziile și caracteristicile principale. În special, toate unitățile reactorului au făcut față sarcinilor termice și de radiații. Astfel, s-a constatat că reactorul dezvoltat este capabil să își rezolve sarcina principală - să încălzi hidrogenul gazos la 3000-3100°K la un debit dat. Toate acestea au făcut posibilă începerea dezvoltării unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline.
11B91 la Baikal
La începutul anilor șaizeci, au început lucrările la crearea unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline, bazat pe produse și dezvoltări existente. În primul rând, NII-1 a studiat posibilitatea de a crea o întreagă familie de motoare de rachetă cu parametri diferiți, potrivite pentru utilizare în diferite proiecte de tehnologie de rachetă. Din această familie, ei au fost primii care au decis să proiecteze și să construiască un motor cu tracțiune joasă - 36 kN. Un astfel de produs ar putea fi folosit ulterior într-o etapă superioară promițătoare, potrivită pentru trimiterea navelor spațiale către alte corpuri cerești.
Reactorul IRGIT în timpul asamblarii
În 1966, NII-1 și Chemical Automation Design Bureau au început să lucreze în comun pentru modelarea aspectului și proiectarea viitorului motorului rachetei nucleare. La scurt timp, motorul a primit indicii 11B91 și RD0410. Elementul său principal a fost reactorul, numit IR-100. Ulterior, reactorului i s-a dat numele IRGIT („Reactor de cercetare pentru studii de grup al TVEL”). Inițial a fost planificat să creeze două YARD-uri diferite. Primul a fost un produs experimental pentru testare la fața locului, iar al doilea a fost un model de zbor. Cu toate acestea, în 1970, două proiecte au fost fuzionate în vederea testării pe teren. După aceea, KBHA a devenit dezvoltatorul principal al noului sistem.
Folosind evoluțiile cercetării preliminare în domeniul NRE, precum și folosind baza de testare existentă, a fost posibil să se determine rapid forma viitorului 11B91 și să se înceapă proiectarea tehnică cu drepturi depline.
În același timp, complexul de bancuri Baikal a fost creat pentru teste viitoare la locul de testare. Noul motor a fost propus să fie testat într-o instalație subterană cu un set complet de protecție. Au fost prevăzute mijloace pentru colectarea și decantarea fluidului de lucru gazos. Pentru a evita emisiile de radiații, gazul trebuia păstrat în rezervoare de gaze și numai după aceea putea fi eliberat în atmosferă. Datorită complexității deosebite a lucrării, complexul Baikal a fost construit timp de aproximativ 15 ani. Ultimele sale obiecte au fost finalizate după începerea testelor pe primele.
În 1977, la complexul Baikal a fost pus în funcțiune un al doilea loc de muncă pentru instalații pilot, dotat cu mijloace pentru alimentarea fluidului de lucru sub formă de hidrogen. Pe 17 septembrie, lansarea fizică a produsului 11B91 a fost finalizată. Pe 27 martie 1978 a avut loc o lansare energetică. Pe 3 iulie și 11 august au fost efectuate două teste de incendiu cu funcționarea completă a produsului ca motor de rachetă nucleară. În aceste teste, reactorul a fost adus treptat la o putere de 24, 33 și 42 MW. Hidrogenul a fost încălzit până la 2630°K. La începutul anilor optzeci au fost testate alte două prototipuri. Au arătat o putere de până la 62-63 MW și au încălzit gazul până la 2500°K.
Proiect RD0410
La începutul anilor șaptezeci și optzeci, era vorba despre crearea unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline, pe deplin potrivit pentru instalare pe rachete sau etape superioare. S-a format aspectul final al unui astfel de produs, iar testele la locul de testare Semipalatinsk au confirmat toate caracteristicile principale de proiectare.
Motorul RD0410 finit a fost vizibil diferit de produsele existente. S-a remarcat prin compoziția unităților, aspectul și chiar aspectul, datorită altor principii de funcționare. De fapt, RD0410 a fost împărțit în mai multe blocuri principale: reactorul, mijloacele de alimentare cu fluidul de lucru și schimbătorul de căldură și duza. Reactorul compact a ocupat poziția centrală, iar restul dispozitivelor au fost așezate alături. De asemenea, YARD avea nevoie de un rezervor separat pentru hidrogen lichid.
Înălțimea totală a produsului RD0410 / 11B91 a atins 3,5 m, diametrul maxim a fost de 1,6 m. Greutatea, ținând cont de protecția împotriva radiațiilor, a fost de 2 tone. Forța estimată a motorului în gol a ajuns la 35,2 kN sau 3,59 tf. Impulsul specific în gol este de 910 kgf•s/kg sau 8927 m/s. Motorul ar putea fi pornit de 10 ori. Resursa - 1 oră.Prin anumite îmbunătățiri în viitor, a fost posibilă creșterea caracteristicilor la nivelul cerut.
Se știe că fluidul de lucru încălzit al unui astfel de NRE avea radioactivitate limitată. Cu toate acestea, după teste, acesta a fost apărat, iar zona în care se afla standul a trebuit să fie închisă pentru o zi. Utilizarea unui astfel de motor în atmosfera Pământului a fost considerată nesigură. În același timp, ar putea fi folosit ca parte a etapelor superioare, pornind de la lucru în afara atmosferei. După utilizare, astfel de blocuri trebuie trimise pe orbita de eliminare.
În anii șaizeci, a apărut ideea de a crea o centrală electrică bazată pe YARD. Fluidul de lucru încălzit ar putea fi alimentat la o turbină conectată la un generator. Astfel de centrale electrice au fost de interes pentru dezvoltarea ulterioară a astronauticii, deoarece au făcut posibilă eliminarea problemelor și restricțiilor existente în domeniul producerii de energie electrică pentru echipamentele de bord.
În anii 0410, ideea unei centrale electrice a ajuns în stadiul de proiectare. Era în curs de elaborare un proiect al unui astfel de produs bazat pe motorul RD100. Unul dintre reactoarele experimentale IR-200 / IRGIT a fost implicat în experimente pe această temă, în cadrul cărora a asigurat funcționarea unui generator de XNUMX kW.
Mediu nou
Principala lucrare teoretică și practică pe tema NRE sovietică cu un nucleu în fază solidă a fost finalizată la mijlocul anilor optzeci. Industria ar putea începe să dezvolte o etapă superioară sau o altă tehnologie de rachetă și spațiu pentru motorul RD0410 existent. Cu toate acestea, astfel de lucrări nu au putut fi începute la timp, iar în curând începerea lor a devenit imposibilă.
La acea vreme, industria spațială nu mai avea suficiente resurse pentru implementarea la timp a tuturor planurilor și ideilor. În plus, infama Perestroika a început curând, punând capăt masei de propuneri și evoluții. Reputația tehnologiei nucleare a fost grav afectată de accidentul de la Cernobîl. În fine, perioada nu a fost lipsită de probleme de natură politică. În 1988, toate lucrările pe tema YARD 11B91 / RD0410 au fost oprite.
Potrivit diverselor surse, cel puțin până la începutul anilor 0410, unele obiecte ale complexului Baikal au mai rămas la locul de testare de la Semipalatinsk. Mai mult, pe una dintre așa-numitele. locuri de muncă erau încă localizate reactor experimental. KBHA a reușit să producă un motor RDXNUMX cu drepturi depline, potrivit pentru instalare pe o viitoare treaptă superioară. Cu toate acestea, tehnica de utilizare a acesteia a rămas în planuri.
După RD0410
Evoluțiile pe tema motoarelor de rachete nucleare și-au găsit aplicație în noul proiect. În 1992, o serie de întreprinderi rusești au dezvoltat în comun un motor dublu cu un miez în fază solidă și un fluid de lucru sub formă de hidrogen. În modul motor rachetă, un astfel de produs ar trebui să dezvolte o tracțiune de 70 kN cu un impuls specific de 920 s, iar modul de putere oferă 25 kW de putere electrică. Un astfel de NRE a fost propus pentru utilizare în proiecte de nave spațiale interplanetare.
Din păcate, la acel moment, situația nu era propice pentru crearea de noi și îndrăznețe tehnologii spațiale și de rachete și, prin urmare, a doua versiune a motorului rachetei nucleare a rămas pe hârtie. Din câte se știe, întreprinderile autohtone manifestă încă un anumit interes față de subiectul NRE, dar implementarea unor astfel de proiecte nu pare încă posibilă sau oportună. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în cadrul proiectelor anterioare, oamenii de știință și inginerii sovietici și ruși au reușit să acumuleze o cantitate semnificativă de informații și să dobândească experiență critică. Aceasta înseamnă că atunci când apare o nevoie și apare o comandă corespunzătoare în țara noastră, se poate crea un nou SANTIER conform tipului testat în trecut.
Conform materialelor:
http://kbkha.ru/
https://popmech.ru/
http://cosmoworld.ru/
http://tehnoomsk.ru/
Akimov V.N., Koroteev A.S., Gafarov A.A. etc.Centrul de cercetare numit după M. V. Keldysh. 1933-2003: 70 de ani în fruntea tehnologiei rachetelor și spațiale. - M: „Inginerie”, 2003.
Oferte si proiecte
Deja în anii cincizeci, cu câțiva ani înainte de lansarea primului satelit și a primei nave spațiale cu echipaj, au fost determinate perspectivele dezvoltării motoarelor rachete pe combustibil chimic. Acesta din urmă a făcut posibilă obținerea unor performanțe foarte înalte, dar creșterea parametrilor nu a putut fi infinită. În viitor, motoarele au trebuit să „se sprijine de plafonul” capacităților lor. În acest sens, au fost necesare soluții fundamental noi pentru dezvoltarea în continuare a sistemelor de rachete și spațiale.
Construit, dar netestat tip YRD RD0410
În 1955 academicianul M.V. Keldysh a luat inițiativa de a crea un motor-rachetă cu un design special, în care un reactor nuclear să acționeze ca sursă de energie. Dezvoltarea acestei idei a fost încredințată NII-1 a Ministerului aviaţie industrie; V.M. a devenit șeful lucrării. Ievlev. În cel mai scurt timp posibil, specialiștii au rezolvat principalele probleme și au propus două opțiuni pentru o NRE promițătoare și cu cele mai bune caracteristici.
Prima versiune a motorului, denumită „Schema A”, a propus utilizarea unui reactor în fază solidă și a suprafețelor solide de schimb de căldură. A doua opțiune, „Schema B”, prevedea utilizarea unui reactor cu miez în fază gazoasă - substanța fisionabilă trebuia să fie în stare de plasmă, iar energia termică a fost transferată fluidului de lucru prin radiație. Experții au comparat cele două scheme și au considerat că opțiunea „A” este mai de succes. În viitor, el a fost cel mai activ antrenat și chiar a ajuns la teste cu drepturi depline.
În paralel cu căutarea unor modele optime de NRE, au fost rezolvate problemele creării unei baze științifice, industriale și de testare. Deci, în 1957 V.M. Ievlev a propus un nou concept de testare și depanare. Toate elementele structurale principale au trebuit să fie testate la standuri diferite și numai după aceea au putut fi asamblate într-o singură structură. În cazul „Schemei A”, această abordare a presupus crearea de reactoare la scară largă pentru testare.
În 1958, a apărut o rezoluție detaliată a Consiliului de Miniștri, care a determinat cursul lucrărilor ulterioare. M.V. a fost numit responsabil pentru dezvoltarea NRE. Keldysh, I.V. Kurchatov și S.P. Korolev. La NII-1 s-a format un departament special, condus de V.M. Ievlev, care a avut de-a face cu o nouă direcție. De asemenea, în lucrare au fost implicate câteva zeci de organizații științifice și de design. Era planificată participarea Ministerului Apărării. S-a stabilit programul de lucru și alte nuanțe ale programului amplu.
Ulterior, toți participanții la proiect au interacționat activ într-un fel sau altul. În plus, în anii XNUMX au avut loc două conferințe dedicate exclusiv subiectului YARD și problemelor conexe.
Baza de testare
În cadrul programului de dezvoltare a NRE, s-a propus aplicarea unei noi abordări pentru testarea și dezvoltarea unităților necesare. În același timp, specialiștii s-au confruntat cu o problemă serioasă. Testarea unor produse a trebuit să fie efectuată într-un reactor nuclear, dar astfel de activități au fost extrem de dificile sau chiar imposibile. Testele ar putea fi îngreunate de dificultăți de natură economică, organizațională sau de mediu.
Schema ansamblului combustibil pentru IR-100
În acest sens, au fost dezvoltate noi metode de testare a produselor fără utilizarea reactoarelor nucleare. Astfel de verificări au fost împărțite în trei etape. Prima a implicat studiul proceselor din reactor pe modele. Apoi componentele reactorului sau motorului trebuiau supuse unor teste mecanice și hidraulice „la rece”. Abia după aceea, nodurile ar trebui verificate în condiții de temperatură ridicată. După ce au elaborat toate componentele NRE separat pe standuri, a fost posibil să începem asamblarea unui reactor sau motor experimental cu drepturi depline.
Pentru a efectua testarea în trei etape a unităților, mai multe întreprinderi au dezvoltat și construit diferite standuri. Un interes deosebit este tehnica de testare la temperaturi ridicate. În timpul dezvoltării sale, a fost necesar să se creeze noi tehnologii pentru încălzirea gazelor. Din 1959 până în 1972, NII-1 a dezvoltat un număr de plasmatroni de mare putere care au încălzit gaze până la 3000°K și au făcut posibilă efectuarea de teste la temperatură înaltă.
Mai ales pentru elaborarea „Schemei B”, au trebuit dezvoltate dispozitive și mai complexe. Pentru astfel de sarcini, era necesară o lanternă cu plasmă cu o presiune de ieșire de sute de atmosfere și o temperatură de 10-15 mii de grade K. Până la sfârșitul anilor șaizeci, a apărut o tehnologie de încălzire cu gaz bazată pe interacțiunea sa cu fasciculele de electroni, care a făcut este posibilă obținerea caracteristicilor cerute.
Rezoluția Consiliului de Miniștri prevedea construirea unei noi instalații la locul de testare Semipalatinsk. Acolo ar fi trebuit construite un banc de testare și un reactor experimental pentru testarea ulterioară a ansamblurilor de combustibil și a altor componente ale NRE. Toate structurile principale au fost construite până în 1961, iar prima pornire a reactorului a avut loc în același timp. Apoi echipamentul poligonului a fost rafinat și îmbunătățit de mai multe ori. Mai multe buncăre subterane cu protecția necesară au fost destinate să găzduiască reactorul și personalul.
De fapt, proiectul unui YARD promițător a fost una dintre cele mai îndrăznețe întreprinderi ale timpului său și, prin urmare, a condus la dezvoltarea și construcția unei mase de dispozitive și dispozitive de testare unice. Toate aceste standuri au făcut posibilă efectuarea a numeroase experimente și colectarea unei cantități mari de date de diferite tipuri, potrivite pentru dezvoltarea diferitelor proiecte.
"Schema A"
La sfârșitul anilor cincizeci, varianta motorului de tip „A” era considerată cea mai de succes și promițătoare. Acest concept a propus construirea unui motor de rachetă nucleară bazat pe un reactor cu schimbătoare de căldură responsabile cu încălzirea fluidului de lucru gazos. Ejectarea acestuia din urmă prin duză trebuia să creeze forța necesară. În ciuda simplității conceptului, implementarea unor astfel de idei a fost asociată cu o serie de dificultăți.
Model de ansambluri combustibile pentru reactorul IR-100
În primul rând, a apărut problema alegerii materialelor pentru construcția miezului. Proiectarea reactorului trebuia să reziste la sarcini termice mari și să mențină rezistența necesară. În plus, a trebuit să treacă neutronii termici, dar în același timp să nu-și piardă caracteristicile din cauza radiațiilor ionizante. De asemenea, era de așteptat o degajare neuniformă de căldură în miez, ceea ce a impus noi cerințe asupra designului său.
Pentru a căuta soluții și a rafina designul, NII-1 a organizat un atelier special, care urma să realizeze modele de ansambluri de combustibil și alte componente de bază. În această etapă a lucrării, au fost testate diverse metale și aliaje, precum și alte materiale. Pentru fabricarea ansamblurilor combustibile se pot folosi wolfram, molibden, grafit, carburi la temperaturi ridicate etc. De asemenea, a fost efectuată o căutare pentru acoperiri de protecție care împiedică distrugerea structurii.
În timpul experimentelor s-au găsit materiale optime pentru fabricarea componentelor individuale ale NRE. În plus, a fost posibilă confirmarea posibilității fundamentale de a obține un impuls specific de ordinul 850–900 s. Acest lucru a oferit motorului promițător cea mai înaltă performanță și un avantaj semnificativ față de sistemele de combustibil chimic.
Miezul reactorului era un cilindru de aproximativ 1 m lungime și 50 mm în diametru. În același timp, s-a avut în vedere crearea a 26 de variante de ansambluri de combustibil cu anumite caracteristici. Pe baza rezultatelor testelor ulterioare, au fost alese cele mai reușite și eficiente. Proiectul găsit al ansamblurilor de combustibil prevedea utilizarea a două compoziții de combustibil. Primul a fost un amestec de uraniu-235 (90%) cu niobiu sau carbură de zirconiu. Un astfel de amestec a fost turnat sub forma unei tije răsucite cu patru grinzi de 100 mm lungime și 2,2 mm în diametru. A doua compoziție era formată din uraniu și grafit; a fost realizat sub formă de prisme hexagonale lungi de 100-200 mm cu canal intern de 1 mm, care avea o căptușeală. Tijele și prismele au fost plasate într-o carcasă metalică rezistentă la căldură.
Testarea ansamblurilor și elementelor la locul de testare Semipalatinsk a început în 1962. Pentru doi ani de muncă au avut loc 41 de lansări ale reactorului. În primul rând, am reușit să găsim cea mai eficientă versiune a conținutului de bază. De asemenea, au fost confirmate toate deciziile și caracteristicile principale. În special, toate unitățile reactorului au făcut față sarcinilor termice și de radiații. Astfel, s-a constatat că reactorul dezvoltat este capabil să își rezolve sarcina principală - să încălzi hidrogenul gazos la 3000-3100°K la un debit dat. Toate acestea au făcut posibilă începerea dezvoltării unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline.
11B91 la Baikal
La începutul anilor șaizeci, au început lucrările la crearea unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline, bazat pe produse și dezvoltări existente. În primul rând, NII-1 a studiat posibilitatea de a crea o întreagă familie de motoare de rachetă cu parametri diferiți, potrivite pentru utilizare în diferite proiecte de tehnologie de rachetă. Din această familie, ei au fost primii care au decis să proiecteze și să construiască un motor cu tracțiune joasă - 36 kN. Un astfel de produs ar putea fi folosit ulterior într-o etapă superioară promițătoare, potrivită pentru trimiterea navelor spațiale către alte corpuri cerești.
Reactorul IRGIT în timpul asamblarii
În 1966, NII-1 și Chemical Automation Design Bureau au început să lucreze în comun pentru modelarea aspectului și proiectarea viitorului motorului rachetei nucleare. La scurt timp, motorul a primit indicii 11B91 și RD0410. Elementul său principal a fost reactorul, numit IR-100. Ulterior, reactorului i s-a dat numele IRGIT („Reactor de cercetare pentru studii de grup al TVEL”). Inițial a fost planificat să creeze două YARD-uri diferite. Primul a fost un produs experimental pentru testare la fața locului, iar al doilea a fost un model de zbor. Cu toate acestea, în 1970, două proiecte au fost fuzionate în vederea testării pe teren. După aceea, KBHA a devenit dezvoltatorul principal al noului sistem.
Folosind evoluțiile cercetării preliminare în domeniul NRE, precum și folosind baza de testare existentă, a fost posibil să se determine rapid forma viitorului 11B91 și să se înceapă proiectarea tehnică cu drepturi depline.
În același timp, complexul de bancuri Baikal a fost creat pentru teste viitoare la locul de testare. Noul motor a fost propus să fie testat într-o instalație subterană cu un set complet de protecție. Au fost prevăzute mijloace pentru colectarea și decantarea fluidului de lucru gazos. Pentru a evita emisiile de radiații, gazul trebuia păstrat în rezervoare de gaze și numai după aceea putea fi eliberat în atmosferă. Datorită complexității deosebite a lucrării, complexul Baikal a fost construit timp de aproximativ 15 ani. Ultimele sale obiecte au fost finalizate după începerea testelor pe primele.
În 1977, la complexul Baikal a fost pus în funcțiune un al doilea loc de muncă pentru instalații pilot, dotat cu mijloace pentru alimentarea fluidului de lucru sub formă de hidrogen. Pe 17 septembrie, lansarea fizică a produsului 11B91 a fost finalizată. Pe 27 martie 1978 a avut loc o lansare energetică. Pe 3 iulie și 11 august au fost efectuate două teste de incendiu cu funcționarea completă a produsului ca motor de rachetă nucleară. În aceste teste, reactorul a fost adus treptat la o putere de 24, 33 și 42 MW. Hidrogenul a fost încălzit până la 2630°K. La începutul anilor optzeci au fost testate alte două prototipuri. Au arătat o putere de până la 62-63 MW și au încălzit gazul până la 2500°K.
Proiect RD0410
La începutul anilor șaptezeci și optzeci, era vorba despre crearea unui motor de rachetă nuclear cu drepturi depline, pe deplin potrivit pentru instalare pe rachete sau etape superioare. S-a format aspectul final al unui astfel de produs, iar testele la locul de testare Semipalatinsk au confirmat toate caracteristicile principale de proiectare.
Motorul RD0410 finit a fost vizibil diferit de produsele existente. S-a remarcat prin compoziția unităților, aspectul și chiar aspectul, datorită altor principii de funcționare. De fapt, RD0410 a fost împărțit în mai multe blocuri principale: reactorul, mijloacele de alimentare cu fluidul de lucru și schimbătorul de căldură și duza. Reactorul compact a ocupat poziția centrală, iar restul dispozitivelor au fost așezate alături. De asemenea, YARD avea nevoie de un rezervor separat pentru hidrogen lichid.
Înălțimea totală a produsului RD0410 / 11B91 a atins 3,5 m, diametrul maxim a fost de 1,6 m. Greutatea, ținând cont de protecția împotriva radiațiilor, a fost de 2 tone. Forța estimată a motorului în gol a ajuns la 35,2 kN sau 3,59 tf. Impulsul specific în gol este de 910 kgf•s/kg sau 8927 m/s. Motorul ar putea fi pornit de 10 ori. Resursa - 1 oră.Prin anumite îmbunătățiri în viitor, a fost posibilă creșterea caracteristicilor la nivelul cerut.
Se știe că fluidul de lucru încălzit al unui astfel de NRE avea radioactivitate limitată. Cu toate acestea, după teste, acesta a fost apărat, iar zona în care se afla standul a trebuit să fie închisă pentru o zi. Utilizarea unui astfel de motor în atmosfera Pământului a fost considerată nesigură. În același timp, ar putea fi folosit ca parte a etapelor superioare, pornind de la lucru în afara atmosferei. După utilizare, astfel de blocuri trebuie trimise pe orbita de eliminare.
În anii șaizeci, a apărut ideea de a crea o centrală electrică bazată pe YARD. Fluidul de lucru încălzit ar putea fi alimentat la o turbină conectată la un generator. Astfel de centrale electrice au fost de interes pentru dezvoltarea ulterioară a astronauticii, deoarece au făcut posibilă eliminarea problemelor și restricțiilor existente în domeniul producerii de energie electrică pentru echipamentele de bord.
În anii 0410, ideea unei centrale electrice a ajuns în stadiul de proiectare. Era în curs de elaborare un proiect al unui astfel de produs bazat pe motorul RD100. Unul dintre reactoarele experimentale IR-200 / IRGIT a fost implicat în experimente pe această temă, în cadrul cărora a asigurat funcționarea unui generator de XNUMX kW.
Mediu nou
Principala lucrare teoretică și practică pe tema NRE sovietică cu un nucleu în fază solidă a fost finalizată la mijlocul anilor optzeci. Industria ar putea începe să dezvolte o etapă superioară sau o altă tehnologie de rachetă și spațiu pentru motorul RD0410 existent. Cu toate acestea, astfel de lucrări nu au putut fi începute la timp, iar în curând începerea lor a devenit imposibilă.
La acea vreme, industria spațială nu mai avea suficiente resurse pentru implementarea la timp a tuturor planurilor și ideilor. În plus, infama Perestroika a început curând, punând capăt masei de propuneri și evoluții. Reputația tehnologiei nucleare a fost grav afectată de accidentul de la Cernobîl. În fine, perioada nu a fost lipsită de probleme de natură politică. În 1988, toate lucrările pe tema YARD 11B91 / RD0410 au fost oprite.
Potrivit diverselor surse, cel puțin până la începutul anilor 0410, unele obiecte ale complexului Baikal au mai rămas la locul de testare de la Semipalatinsk. Mai mult, pe una dintre așa-numitele. locuri de muncă erau încă localizate reactor experimental. KBHA a reușit să producă un motor RDXNUMX cu drepturi depline, potrivit pentru instalare pe o viitoare treaptă superioară. Cu toate acestea, tehnica de utilizare a acesteia a rămas în planuri.
După RD0410
Evoluțiile pe tema motoarelor de rachete nucleare și-au găsit aplicație în noul proiect. În 1992, o serie de întreprinderi rusești au dezvoltat în comun un motor dublu cu un miez în fază solidă și un fluid de lucru sub formă de hidrogen. În modul motor rachetă, un astfel de produs ar trebui să dezvolte o tracțiune de 70 kN cu un impuls specific de 920 s, iar modul de putere oferă 25 kW de putere electrică. Un astfel de NRE a fost propus pentru utilizare în proiecte de nave spațiale interplanetare.
Din păcate, la acel moment, situația nu era propice pentru crearea de noi și îndrăznețe tehnologii spațiale și de rachete și, prin urmare, a doua versiune a motorului rachetei nucleare a rămas pe hârtie. Din câte se știe, întreprinderile autohtone manifestă încă un anumit interes față de subiectul NRE, dar implementarea unor astfel de proiecte nu pare încă posibilă sau oportună. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, în cadrul proiectelor anterioare, oamenii de știință și inginerii sovietici și ruși au reușit să acumuleze o cantitate semnificativă de informații și să dobândească experiență critică. Aceasta înseamnă că atunci când apare o nevoie și apare o comandă corespunzătoare în țara noastră, se poate crea un nou SANTIER conform tipului testat în trecut.
Conform materialelor:
http://kbkha.ru/
https://popmech.ru/
http://cosmoworld.ru/
http://tehnoomsk.ru/
Akimov V.N., Koroteev A.S., Gafarov A.A. etc.Centrul de cercetare numit după M. V. Keldysh. 1933-2003: 70 de ani în fruntea tehnologiei rachetelor și spațiale. - M: „Inginerie”, 2003.
informații