In die verlede was die voorste lande op soek na fundamenteel nuwe oplossings op die gebied van enjins vir vuurpyl- en ruimtetegnologie. Die mees gewaagde voorstelle het betrekking op die skepping van die sg. kern vuurpyl -enjins gebaseer op 'n reaktor met splisbare materiaal. In ons land het werk in hierdie rigting werklike resultate gelewer in die vorm van 'n eksperimentele RD0410 -enjin. Hierdie produk het egter nie daarin geslaag om sy plek in belowende projekte te vind nie en om die ontwikkeling van binnelandse en wêreldwye astronautika te beïnvloed.
Voorstelle en projekte
Reeds in die vyftigerjare, 'n paar jaar voor die bekendstelling van die eerste satelliet en 'n bemande ruimtetuig, is die vooruitsigte vir die ontwikkeling van vuurpylenjins op chemiese brandstof bepaal. Laasgenoemde het dit moontlik gemaak om baie hoë eienskappe te verkry, maar die groei van die parameters kon nie oneindig wees nie. In die toekoms moes die enjins die plafon tref van hul vermoëns. In hierdie verband was fundamentele nuwe oplossings nodig vir die verdere ontwikkeling van vuurpyl- en ruimtestelsels.
Gebou, maar nie getoets deur RD0410 NRM
In 1955 het die akademikus M. V. Keldysh het 'n inisiatief gekry om 'n vuurpyl -enjin met 'n spesiale ontwerp te skep waarin 'n kernreaktor as 'n bron van energie sou dien. Die ontwikkeling van hierdie idee is toevertrou aan NII-1 van die Ministerie van Lugvaartbedryf; V. M. Ievlev. In die kortste moontlike tyd het die spesialiste die belangrikste kwessies uitgewerk en twee opsies voorgestel vir 'n belowende NRE met die beste eienskappe.
Die eerste weergawe van die enjin, aangedui as "skema A", het die gebruik van 'n reaktor met 'n vaste-fase kern en soliede hitte-uitruiloppervlakke voorgestel. Die tweede opsie, "Skema B", het die gebruik van 'n reaktor met 'n gasfase -aktiewe sone beoog - die splitsbare stof moes in 'n plasmatoestand wees en die termiese energie is deur middel van straling na die werkvloeistof oorgedra. Kenners vergelyk die twee skemas en beskou opsie "A" as meer suksesvol. In die toekoms was dit hy wat die aktiefste gewerk het en selfs volwaardige toetse bereik het.
Parallel met die soeke na die optimale ontwerpe van die NRE, is die kwessies oor die skep van 'n wetenskaplike, produksie- en toetsbasis uitgewerk. In 1957 het V. M. Ievlev stel 'n nuwe konsep voor vir toetsing en fynstelling. Al die hoofstruktuurelemente moes op verskillende staanplekke getoets word, en eers daarna kon hulle in 'n enkele struktuur saamgevoeg word. In die geval van skema A, impliseer hierdie benadering die skep van volskaalse reaktore vir toetsing.
In 1958 verskyn 'n gedetailleerde resolusie van die Ministerraad wat die verloop van verdere werk bepaal. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov en S. P. Korolev. By NII-1 is 'n spesiale afdeling gestig, onder leiding van V. M. Ievlev, wat 'n nuwe rigting moes hanteer. 'N Paar dosyne wetenskaplike en ontwerporganisasies was ook betrokke by die werk. Die deelname van die Ministerie van Verdediging was beplan. Die werkskedule en ander nuanses van die uitgebreide program is bepaal.
Daarna het alle projekdeelnemers op een of ander manier aktief interaksie gehad. Boonop is daar in die sestigerjare twee keer konferensies gehou, uitsluitlik gewy aan die onderwerp van kernwapens en verwante kwessies.
Toetsbasis
As deel van die NRE -ontwikkelingsprogram is voorgestel om 'n nuwe benadering toe te pas om die nodige eenhede te toets en te toets. Terselfdertyd het die spesialiste 'n ernstige probleem ondervind. Die verifikasie van sommige produkte moes in 'n kernreaktor uitgevoer word, maar dit was uiters moeilik of selfs onmoontlik om sulke aktiwiteite uit te voer. Toetsing kan belemmer word deur ekonomiese, organisatoriese of omgewingsprobleme.
Brandstofmonteringsdiagram vir IR-100
In hierdie verband is nuwe metodes vir die toets van produkte ontwikkel sonder die gebruik van kernreaktors. Sulke kontrole is in drie fases verdeel. Die eerste behels die bestudering van prosesse in die reaktor op modelle. Dan moes die komponente van die reaktor of enjin meganiese en hidrouliese "koue" toetse slaag. Eers daarna moes die samestellings onder hoë temperatuurstoestande nagegaan word. Afsonderlik, nadat al die komponente van die NRE op die staanplekke uitgewerk is, was dit moontlik om 'n volwaardige eksperimentele reaktor of enjin te begin saamstel.
Om drie-fase toetse van eenhede uit te voer, het verskeie ondernemings verskillende staanplekke ontwikkel en gebou. Tegniek vir hoë temperatuur toetsing is veral interessant. Tydens die ontwikkeling daarvan was dit nodig om nuwe tegnologieë vir die verhitting van gasse te skep. Van 1959 tot 1972 het NII-1 'n aantal hoë-krag plasmatrone ontwikkel wat gasse tot 3000 ° K verhit en dit moontlik gemaak het om hoë temperatuur toetse uit te voer.
Veral vir die ontwikkeling van "Skema B" was dit nodig om nog meer komplekse toestelle te ontwikkel. Vir sulke take was 'n plasmatron met 'n uitsetdruk van honderde atmosferes en 'n temperatuur van 10-15 duisend K nodig. Teen die einde van die sestigerjare verskyn die tegnologie van gasverhitting gebaseer op die interaksie daarvan met elektronstrale, wat dit veroorsaak het moontlik om die vereiste eienskappe te verkry.
Die resolusie van die Ministerraad maak voorsiening vir die bou van 'n nuwe fasiliteit op die Semipalatinsk -toetslokaal. Daar was dit nodig om 'n toetsbank en 'n eksperimentele reaktor te bou vir verdere toetsing van brandstofsamestellings en ander komponente van die NRE. Al die hoofstrukture is teen 1961 gebou, en terselfdertyd het die eerste aanvang van die reaktor plaasgevind. Daarna is die veelhoekstoerusting verskeie kere verfyn en verbeter. Verskeie ondergrondse bunkers met die nodige beskerming was bedoel om die reaktor en personeel te huisves.
Trouens, die projek van 'n belowende NRM was een van die waaghalsigste ondernemings van sy tyd, en het dus gelei tot die ontwikkeling en konstruksie van 'n massa unieke toestelle en toetsinstrumente. Al hierdie standplase het dit moontlik gemaak om baie eksperimente uit te voer en 'n groot hoeveelheid data van verskillende soorte te versamel, geskik vir die ontwikkeling van verskillende projekte.
Skema A
Aan die einde van die vyftigerjare, die suksesvolste en belowendste weergawe van die tipe "A". Hierdie konsep het voorgestel die bou van 'n kernreaktor gebaseer op 'n reaktor met hitte -uitruilers wat verantwoordelik is vir die verhitting van die gasvormige werkvloeistof. Die uitstoot van laasgenoemde deur die spuitstuk was veronderstel om die vereiste stuwing te skep. Ten spyte van die eenvoud van die konsep, het die implementering van sulke idees met verskeie probleme gepaard gegaan.
FA model vir IR-100 reaktor
In die eerste plek het die probleem ontstaan oor die keuse van materiaal vir die konstruksie van die kern. Die ontwerp van die reaktor moes hoë termiese belastings weerstaan en die vereiste sterkte handhaaf. Boonop moes dit termiese neutrone verbygaan, maar terselfdertyd nie die eienskappe verloor as gevolg van ioniserende straling nie. Ongelyke hitteopwekking in die kern is ook verwag, wat nuwe vereistes aan die ontwerp gestel het.
Om oplossings te soek en die ontwerp te verfyn, is 'n spesiale werkswinkel by NII-1 gereël, wat modelbrandstofsamestellings en ander kernkomponente sou maak. In hierdie stadium van die werk is verskillende metale en legerings, sowel as ander materiale, getoets. Vir die vervaardiging van brandstofsamestellings kan wolfram, molibdeen, grafiet, hoë temperatuurkarbiede, ens. Daar is ook gesoek na beskermende bedekkings om die vernietiging van die struktuur te voorkom.
In die loop van die eksperimente is die optimale materiaal vir die vervaardiging van individuele komponente van die NRE gevind. Boonop was dit moontlik om die fundamentele moontlikheid te bevestig om 'n spesifieke impuls in die orde van 850-900 s te verkry. Dit het die belowende enjin die hoogste prestasie gegee en 'n aansienlike voordeel bo chemiese brandstofstelsels.
Die reaktorkern was 'n silinder van ongeveer 1 m lank en 50 mm in deursnee. Terselfdertyd is beoog om 26 variante van brandstofsamestellings met sekere funksies te skep. Op grond van die resultate van die daaropvolgende toetse, is die suksesvolste en doeltreffendste gekies. Die gevind ontwerp van brandstofsamestellings het voorsiening gemaak vir die gebruik van twee brandstofsamestellings. Die eerste was 'n mengsel van uraan-235 (90%) met niobium of sirkoniumkarbied. Hierdie mengsel is gevorm in die vorm van 'n vier-balk gedraaide staaf van 100 mm lank en 2,2 mm in deursnee. Die tweede samestelling het bestaan uit uraan en grafiet; dit is gemaak in die vorm van seshoekige prisma's van 100-200 mm lank met 'n binnekanaal van 1 mm met 'n voering. Die stawe en prisma's is in 'n verseëlde hittebestande metaalkas geplaas.
Toetse van samestellings en elemente op die Semipalatinsk -toetslokaal het in 1962 begin. Vir twee jaar se werk het 41 reaktor-opstartings plaasgevind. In die eerste plek het ons daarin geslaag om die mees effektiewe weergawe van die kerninhoud te vind. Alle belangrike oplossings en eienskappe is ook bevestig. In die besonder het alle eenhede van die reaktor termiese en stralingsladings hanteer. Daar is dus gevind dat die ontwikkelde reaktor sy hooftaak kan oplos - gasvormige waterstof tot 3000-3100 ° K verhit teen 'n gegewe vloeitempo. Dit alles het dit moontlik gemaak om 'n volwaardige kernraketmotor te begin ontwikkel.
11B91 oor "Baikal"
In die vroeë sestigerjare is begin met die oprigting van 'n volwaardige NRE gebaseer op bestaande produkte en ontwikkelings. In die eerste plek het NII-1 die moontlikheid bestudeer om 'n hele gesin raketmotors met verskillende parameters te skep, geskik vir gebruik in verskillende vuurpyltegnologieprojekte. Uit hierdie familie was hulle die eerstes wat 'n motor met 'n lae stootkrag ontwerp en gebou het - 36 kN. So 'n produk kan later in 'n belowende boonste fase gebruik word, geskik om ruimtetuie na ander hemelliggame te stuur.
IRGIT -reaktor tydens montering
In 1966 het NII-1 en die Chemical Automics Design Bureau gesamentlik begin met die vorming en ontwerp van die toekomstige kernraketmotor. Binnekort het die enjin die indekse 11B91 en RD0410 gekry. Die belangrikste element daarvan was 'n reaktor met die naam IR-100. Later het die reaktor die naam IRGIT ("Navorsingsreaktor vir groepstudies van TVEL") gekry. Aanvanklik is beplan om twee verskillende kernprojektors te skep. Die eerste was 'n eksperimentele produk om op die toetsplek te toets, en die tweede was 'n vliegmodel. In 1970 is die twee projekte egter gekombineer met die oog op die uitvoer van veldtoetse. Daarna het KBHA die voorste ontwikkelaar van die nuwe stelsel geword.
Deur gebruik te maak van die ontwikkelinge in voorlopige navorsing op die gebied van kernaandrywing, sowel as die bestaande toetsbasis, was dit moontlik om die voorkoms van die toekomstige 11B91 vinnig te bepaal en 'n volwaardige tegniese ontwerp te begin.
Terselfdertyd is die "Baikal" -bankkompleks geskep vir toekomstige toetse op die toetsplek. Die nuwe enjin is voorgestel om getoets te word in 'n ondergrondse fasiliteit met 'n volledige reeks beskerming. Daar is hulpmiddels om die gasvormige werkvloeistof op te vang en te vestig. Om straling te voorkom, moes die gas in die houers gehou word, en dit kon eers daarna in die atmosfeer vrygelaat word. As gevolg van die besondere kompleksiteit van die werk, is die Baikal -kompleks ongeveer 15 jaar in aanbou. Die laaste van die voorwerpe is voltooi nadat die eerste toetse begin is.
In 1977, by die Baikal -kompleks, is 'n tweede werkstasie vir loodsaanlegte in gebruik geneem, toegerus met 'n manier om werkvloeistof in die vorm van waterstof te voorsien. Op 17 September is die fisiese bekendstelling van die 11B91 -produk uitgevoer. Die kragopstart het op 27 Maart 1978 plaasgevind. Op 3 Julie en 11 Augustus is twee vuurtoetse uitgevoer met die volle werking van die produk as 'n kernreaktor. In hierdie toetse is die reaktor geleidelik aan die krag gebring van 24, 33 en 42 MW. Die waterstof is verhit tot 2630 ° K. In die vroeë tagtigerjare is twee ander prototipes getoets. Hulle het krag tot 62-63 MW getoon en gas tot 2500 ° K verhit.
RD0410 projek
Aan die begin van die sewentiger- en tagtigerjare was dit 'n kwessie van die oprigting van 'n volwaardige NRM, volledig geskik vir installering op missiele of boonste stadiums. Die finale voorkoms van so 'n produk is gevorm, en toetse op die Semipalatinsk -toetslokaal bevestig al die belangrikste ontwerpseienskappe.
Die voltooide RD0410 -enjin was merkbaar anders as bestaande produkte. Dit word gekenmerk deur die samestelling van die eenhede, die uitleg en selfs die voorkoms, as gevolg van ander werksbeginsels. Trouens, RD0410 was verdeel in verskeie hoofblokke: 'n reaktor, 'n middel vir die toevoer van 'n werkvloeistof en 'n warmtewisselaar en 'n spuitstuk. Die kompakte reaktor het 'n sentrale posisie beklee, en die res van die toestelle is langsaan geplaas. Die werf benodig ook 'n aparte tenk vir vloeibare waterstof.
Die totale hoogte van die RD0410 / 11B91 -produk het 3,5 m bereik, die maksimum deursnee was 1,6 m. Die gewig, met inagneming van stralingsbeskerming, was 2 ton. Die berekende stoot van die enjin in die leemte het 35,2 kN of 3,59 tf bereik. Die spesifieke impuls in die leemte is 910 kgf • s / kg of 8927 m / s. Die enjin kon 10 keer aangeskakel word. Hulpbron - 1 uur. Deur middel van sekere veranderinge in die toekoms was dit moontlik om die eienskappe tot die vereiste vlak te verhoog.
Dit is bekend dat die verhitte werkvloeistof van so 'n kernreaktor beperkte radioaktiwiteit het. Nietemin, na die toetse, is dit verdedig, en die gebied waar die staanplek geleë was, moes 'n dag lank gesluit word. Die gebruik van so 'n enjin in die aarde se atmosfeer is as onveilig beskou. Terselfdertyd kan dit gebruik word as deel van die boonste stadiums wat buite die atmosfeer begin werk. Na gebruik moet sulke blokke na die wegdoeningsbaan gestuur word.
In die sestigerjare verskyn die idee om 'n kragsentrale op 'n kernreaktor te skep. Die verhitte werkvloeistof kan gevoer word na 'n turbine wat aan 'n kragopwekker gekoppel is. Sulke kragsentrales was van belang vir die verdere ontwikkeling van ruimtevaarders, aangesien dit dit moontlik gemaak het om van die bestaande probleme en beperkings op die gebied van elektrisiteit vir boordtoerusting ontslae te raak.
In die tagtigerjare het die idee van 'n kragstasie die ontwerpstadium bereik. 'N Projek van so 'n produk wat op die RD0410 -enjin gebaseer is, word uitgewerk. Een van die eksperimentele reaktore IR-100 / IRGIT was betrokke by eksperimente oor hierdie onderwerp, waartydens dit die werking van 'n kragopwekker van 200 kW verskaf het.
Nuwe omgewing
Die belangrikste teoretiese en praktiese werk oor die onderwerp van die Sowjet-NRE met 'n vaste fase-kern is teen die middel van die tagtigerjare voltooi. Die bedryf kan begin met die ontwikkeling van 'n versterkingsblok of ander vuurpyl- en ruimtetegnologie vir die bestaande RD0410 -enjin. Sulke werke is egter nooit betyds begin nie, en die begin daarvan was gou onmoontlik.
Op die oomblik het die ruimtebedryf nie genoeg hulpbronne gehad vir die tydige implementering van alle planne en idees nie. Boonop het die berugte Perestroika spoedig begin, wat 'n einde gemaak het aan die massa voorstelle en ontwikkelings. Die reputasie van kerntegnologie is erg geraak deur die Tsjernobil -ongeluk. Uiteindelik was daar politieke probleme gedurende die tydperk. In 1988 is alle werk aan die YARD 11B91 / RD0410 gestaak.
Volgens verskillende bronne het sommige voorwerpe van die Baikal -kompleks, ten minste tot aan die begin van die 2000's, nog op die Semipalatinsk -toetsplek gebly. Verder, op een van die sg. die eksperimentele reaktor was nog steeds in die werkplek. KBKhA het daarin geslaag om 'n volwaardige RD0410-enjin te vervaardig, geskik vir installasie op 'n toekomstige boonste verhoog. Die tegniek om dit te gebruik, bly egter in die planne.
Na RD0410
Die ontwikkelings rakende kernraketmotors het in 'n nuwe projek van toepassing geword. In 1992 het 'n aantal Russiese ondernemings gesamentlik 'n tweemodus-enjin met 'n soliede fase-kern en 'n werkvloeistof in die vorm van waterstof ontwikkel. In die vuurpyl -enjinmodus behoort so 'n produk 'n stukrag van 70 kN met 'n spesifieke impuls van 920 s te ontwikkel, en die kragmodus bied 25 kW elektriese krag. So 'n NRE is voorgestel vir gebruik in interplanetêre ruimtetuigprojekte.
Ongelukkig was die situasie destyds nie bevorderlik vir die skep van nuwe en gewaagde vuurpyl- en ruimtetegnologie nie, en daarom het die tweede weergawe van die kernraketmotor op papier gebly. Sover bekend toon binnelandse ondernemings steeds 'n sekere belangstelling in die onderwerp van NRE, maar die uitvoering van sulke projekte lyk nog nie moontlik of nuttig nie. Tog moet op gelet word dat Sowjet- en Russiese wetenskaplikes en ingenieurs binne die raamwerk van vorige projekte 'n aansienlike hoeveelheid inligting kon opbou en belangrike ondervinding opgedoen het. Dit beteken dat wanneer 'n behoefte ontstaan en 'n ooreenstemmende orde in ons land ontstaan, 'n nuwe NRE geskep kan word, soortgelyk aan die wat in die verlede getoets is.
