בעבר, המדינות המובילות חיפשו פתרונות חדשים מיסודם בתחום המנועים לטכנולוגיות רקטות וחלל. ההצעות הנועזות ביותר נגעו ליצירת מה שמכונה. מנועי טילים גרעיניים המבוססים על כור של חומר בקיע. בארצנו, עבודה בכיוון זה נתנה תוצאות של ממש בדמות מנוע ניסיוני RD0410. עם זאת, מוצר זה לא הצליח למצוא את מקומו בפרויקטים מבטיחים ולהשפיע על התפתחות האסטרונאוטיקה הביתית והעולמית.
הצעות ופרויקטים
כבר בשנות החמישים, כמה שנים לפני שיגור הלוויין הראשון וחללית מאוישת, נקבעו הסיכויים לפיתוח מנועי רקטות על דלק כימי. האחרון איפשר להשיג מאפיינים גבוהים מאוד, אך גידול הפרמטרים לא יכול להיות אינסופי. בעתיד, המנועים היו צריכים "לפגוע בתקרה" של יכולותיהם. בהקשר זה, להמשך פיתוח מערכות הרקטות והחלל, נדרשו פתרונות חדשים ביסודם.
נבנה, אך לא נבדק על ידי RD0410 NRM
בשנת 1955, האקדמאי מ.וו. קלדיש המציא יוזמה ליצירת מנוע רקטות בעיצוב מיוחד, שבו הכור הגרעיני יפעל כמקור אנרגיה. פיתוח רעיון זה הופקד בידי NII-1 של משרד התעשייה האווירית; V. M. איבלב. בזמן הקצר ביותר האפשרי, המומחים ערכו את הנושאים העיקריים והציעו שתי אפשרויות ל- NRE מבטיח עם המאפיינים הטובים ביותר.
הגרסה הראשונה של המנוע, המכונה "תכנית A", הציעה את השימוש בכור בעל ליבה של שלב מוצק ומשטחי חילופי חום מוצקים. האפשרות השנייה, "תכנית B", חשבה על שימוש בכור עם אזור פעיל בגז - החומר הבקע חייב להיות במצב פלזמה, והאנרגיה התרמית הועברה לנוזל העבודה באמצעות קרינה. מומחים השוו בין שתי התכניות וחשבו שאפשרות "A" מצליחה יותר. בעתיד הוא היה זה שהתאמן באופן הפעיל ביותר ואף הגיע למבחנים מן המניין.
במקביל לחיפוש אחר העיצובים האופטימליים של ה- NRE, נבדקו סוגיות יצירת בסיס מדעי, ייצור ובדיקה. אז, בשנת 1957 V. M. איבלב הציע קונספט חדש לבדיקות וכוונון עדין. כל האלמנטים המבניים העיקריים היו צריכים להיבדק בעמדות שונות, ורק לאחר מכן ניתן היה להרכיב אותם למבנה אחד. במקרה של תוכנית א ', גישה זו מרמזת על יצירת כורים בקנה מידה מלא לבדיקה.
בשנת 1958 הופיעה החלטה מפורטת של מועצת השרים, אשר קבעה את מהלך המשך העבודה. מ.וו. קלדיש, I. V. קורצ'טוב וש.פ. קורולב. ב- NII-1 הוקמה מחלקה מיוחדת בראשות V. M. איבלב, שעתיד להתמודד עם כיוון חדש. כמו כן, כמה עשרות ארגוני מדע ועיצוב היו מעורבים בעבודה. השתתפות משרד הביטחון תוכננה. לוח העבודה וניואנסים אחרים של התוכנית הנרחבת נקבעו.
לאחר מכן, כל משתתפי הפרויקט פעלו באופן אינטראקטיבי באופן כזה או אחר. בנוסף, בשנות השישים התקיימו כנסים פעמיים, שהוקדשו אך ורק לנושא נשק גרעיני וסוגיות נלוות.
בסיס הבדיקה
כחלק מתוכנית הפיתוח של NRE, הוצע ליישם גישה חדשה לבדיקה ובדיקה של היחידות הדרושות. יחד עם זאת, המומחים התמודדו עם בעיה רצינית. אימות חלק מהמוצרים היה אמור להתבצע בכור גרעיני, אך ביצוע פעולות כאלה היה קשה ביותר או אפילו בלתי אפשרי. הבדיקות עלולות להיפגע על ידי קשיים כלכליים, ארגוניים או סביבתיים.
דיאגרמת הרכבת דלק ל- IR-100
בהקשר זה פותחו שיטות חדשות לבדיקת מוצרים ללא שימוש בכורים גרעיניים. בדיקות כאלה חולקו לשלושה שלבים. הראשון כלל לימוד תהליכים בכור על מודלים. אז רכיבי הכור או המנוע היו צריכים לעבור בדיקות "קור" מכניות והידראוליות. רק אז היה צריך לבדוק את המכלולים בתנאי טמפרטורה גבוהה. בנפרד, לאחר שעבדו את כל מרכיבי ה- NRE ביציעים, אפשר היה להתחיל להרכיב כור ניסוי מלא או מנוע.
כדי לבצע בדיקות של שלושה שלבים של יחידות, כמה ארגונים פיתחו ובנו עמדות שונות. הטכניקה לבדיקות בטמפרטורה גבוהה מעניינת במיוחד. במהלך הפיתוח שלה, היה צורך ליצור טכנולוגיות חדשות לחימום גזים. בשנים 1959-1972 פיתחה NII-1 מספר פלסמטרונים בעלי הספק גבוה שהחממו גזים עד 3000 ° K ואפשרו לבצע בדיקות בטמפרטורה גבוהה.
במיוחד לפיתוח "תכנית B" היה צורך לפתח מכשירים מורכבים עוד יותר. למשימות כאלה נדרשה פלסמטר עם לחץ יציאה של מאות אטמוספרות וטמפרטורה של 10-15 אלף ק '. בסוף שנות השישים הופיעה הטכנולוגיה של חימום גז המבוסס על האינטראקציה שלה עם קורות אלקטרונים, מה שהביא אותה אפשר להשיג את המאפיינים הנדרשים.
החלטת מועצת השרים קבעה הקמת מתקן חדש באתר הניסויים בסמיפלטינסק. שם היה צורך לבנות ספסל בדיקה וכור ניסיוני לבדיקה נוספת של מכלולי דלק ורכיבים אחרים של ה- NRE. כל המבנים העיקריים נבנו עד 1961, ובמקביל התקיימה ההפעלה הראשונה של הכור. לאחר מכן ציוד המצולע שופץ ושופר מספר פעמים. כמה בונקרים תת קרקעיים עם ההגנה הנדרשת נועדו להכיל את הכור ואת כוח האדם.
למעשה, הפרויקט של NRM מבטיח היה אחד המפעלים הנועזים ביותר בתקופתו, ולכן הוביל לפיתוח ובניית מסה של מכשירים ייחודיים ומכשירי בדיקה. כל הדוכנים הללו אפשרו לבצע הרבה ניסויים ולאסוף כמות גדולה של נתונים מסוגים שונים, המתאימים לפיתוח פרויקטים שונים.
תכנית א
עוד בסוף שנות החמישים, הגרסה המוצלחת והמבטיחה ביותר של סוג המנוע "A". תפיסה זו הציעה בניית כור גרעיני המבוסס על כור עם מחליפי חום האחראים לחימום נוזל העבודה הגזי. פליטת האחרון דרך הזרבובית הייתה אמורה ליצור את הדחף הנדרש. למרות פשטות הרעיון, יישום רעיונות כאלה היה קשור למספר קשיים.
דגם FA לכור IR-100
קודם כל עלתה הבעיה של בחירת החומרים לבניית הליבה. תכנון הכור היה צריך לעמוד בעומסים תרמיים גבוהים ולשמור על החוזק הנדרש. בנוסף, הוא היה צריך לעבור נויטרונים תרמיים, אך יחד עם זאת לא לאבד מאפיינים עקב קרינה מייננת. כמו כן, היה צפוי ייצור חום לא אחיד בליבה, מה שהציב דרישות חדשות לעיצובו.
כדי לחפש פתרונות ולחדד את העיצוב, נערכה סדנה מיוחדת ב- NII-1, שנועדה לייצר מכלולי דלק דגמים ורכיבי ליבה אחרים. בשלב זה של העבודה נבדקו מתכות וסגסוגות שונות, כמו גם חומרים אחרים. לייצור מכלולי דלק ניתן להשתמש בטונגסטן, מוליבדן, גרפיט, קרבידים בטמפרטורה גבוהה וכו '.כמו כן, נערך חיפוש אחר ציפויי מגן למניעת הרס המבנה.
במהלך הניסויים נמצאו החומרים האופטימליים לייצור רכיבים בודדים של ה- NRE. בנוסף, ניתן היה לאשר את האפשרות הבסיסית להשיג דחף ספציפי בסדר גודל של 850-900 שניות. זה העניק למנוע המבטיח את הביצועים הגבוהים ביותר ויתרון משמעותי ביחס למערכות דלק כימי.
ליבת הכור הייתה גליל באורך של כ -1 מ 'וקוטר של 50 מ"מ. במקביל, תוכנן ליצור 26 גרסאות של מכלולי דלק עם תכונות מסוימות. על סמך תוצאות הבדיקות הבאות נבחרו המוצלחות והיעילות ביותר. העיצוב שנמצא של מכלולי דלק סיפק שימוש בשני תרכובות דלק. הראשון היה תערובת של אורניום -235 (90%) עם ניוביום או זירקוניום קרביד. תערובת זו יצורה בצורת מוט מעוגל בעל ארבע קורות באורך 100 מ"מ ובקוטר 2.2 מ"מ. ההרכב השני כלל אורניום וגרפיט; הוא יוצר בצורה של מנסרות משושה באורך 100-200 מ"מ עם תעלה פנימית של 1 מ"מ שהיתה לה בטנה. המוטות והמנסרות הונחו בתוך מארז מתכת עמיד בחום.
בדיקות מכלולים ואלמנטים באתר הבדיקות בסמיפלטינסק החלו בשנת 1962. במשך שנתיים של עבודה התקיימו 41 חברות הזנק בכורים. קודם כל, הצלחנו למצוא את הגרסה היעילה ביותר של תוכן הליבה. כל הפתרונות והמאפיינים העיקריים אושרו גם כן. בפרט, כל יחידות הכור התמודדו עם עומסים תרמיים וקרינה. לפיכך, נמצא כי הכור המפותח מסוגל לפתור את משימתו העיקרית - לחמם מימן גזי ל 3000-3100 ° K בקצב זרימה נתון. כל זה איפשר להתחיל לפתח מנוע טילים גרעיני מלא.
11B91 על "באיקל"
בתחילת שנות השישים החלו עבודות ביצירת NRE מן המניין המבוסס על מוצרים ופיתוחים קיימים. קודם כל, NII-1 בחן את האפשרות ליצור משפחה שלמה של מנועי רקטות עם פרמטרים שונים, המתאימים לשימוש בפרויקטים שונים של טכנולוגיות רקטות. ממשפחה זו, הם היו הראשונים שתכננו ובנו מנוע בעל דחף נמוך - 36 kN. מאוחר יותר ניתן יהיה להשתמש במוצר כזה בשלב עליון מבטיח, המתאים לשליחת חלליות לגופים שמימיים אחרים.
כור IRGIT במהלך ההרכבה
בשנת 1966, NII-1 והלשכה לעיצוב אוטומטיות כימיות החלו בעבודות משותפות לעיצוב ועיצוב מנוע הרקטות הגרעיניות העתידיות. עד מהרה קיבל המנוע אינדקסים 11B91 ו- RD0410. המרכיב העיקרי שלו היה כור בשם IR-100. מאוחר יותר, הכור נקרא IRGIT ("כור מחקר למחקרים קבוצתיים של TVEL"). בתחילה תוכנן ליצור שני מקרני גרעין שונים. הראשון היה מוצר ניסיוני לבדיקה באתר הבדיקה, והשני דגם טיסה. עם זאת, בשנת 1970 אוחדו שני הפרויקטים במטרה לערוך בדיקות שטח. לאחר מכן, KBHA הפכה למפתחת המובילה של המערכת החדשה.
באמצעות ההתפתחויות במחקר ראשוני בתחום הנעה גרעינית, כמו גם שימוש בבסיס הניסויים הקיים, ניתן היה לקבוע במהירות את מראה 11B91 העתידי ולהתחיל בעיצוב טכני מן המניין.
במקביל, מתחם הספסל "באיקל" נוצר לבדיקות עתידיות באתר הבדיקה. המנוע החדש הוצע לבדיקה במתקן תת קרקעי עם מגוון רחב של הגנות. סופקו אמצעים לאיסוף ויישוב נוזל העבודה הגזי. על מנת להימנע מפליטת קרינה, היה צורך לשמור את הגז בתוך מחזיקי סגר, ורק לאחר מכן ניתן היה לשחרר אותו לאטמוספירה. בשל המורכבות המיוחדת של העבודה, מתחם באיקאל נמצא בבנייה במשך כ -15 שנים. האחרון של אובייקטים שלו הושלם לאחר תחילת הבדיקות על הראשון.
בשנת 1977, במתחם באיקאל, הוזמנה תחנת עבודה שנייה למפעלי טייס, מצוידת באמצעי אספקת נוזל עבודה בצורת מימן. ב -17 בספטמבר בוצעה ההשקה הפיזית של המוצר 11B91. הפעלת החשמל התקיימה ב- 27 במרץ 1978. ב -3 ביולי וב -11 באוגוסט בוצעו שתי בדיקות אש עם הפעלה מלאה של המוצר ככור גרעיני. בבדיקות אלה, הכור הובא בהדרגה לשלטון של 24, 33 ו -42 מגה -וואט. המימן התחמם ל 2630 ° ק. בתחילת שנות השמונים נבדקו שני אבות טיפוס נוספים. הם הראו הספק של עד 62-63 מגה-וואט וגז מחומם עד 2500 מעלות צלזיוס.
פרויקט RD0410
בתחילת שנות השבעים והשמונים, מדובר היה ביצירת NRM מן המניין, המתאימה באופן מלא להתקנה על טילים או על שלבים עליונים. המראה הסופי של מוצר כזה נוצר, ובדיקות באתר הבדיקות בסמיפלטינסק אישרו את כל מאפייני העיצוב העיקריים.
מנוע ה- RD0410 המוגמר היה שונה באופן ניכר ממוצרים קיימים. הוא נבדל על ידי הרכב היחידות, הפריסה ואפילו המראה, עקב עקרונות פעולה אחרים. למעשה, RD0410 חולק למספר בלוקים עיקריים: כור, אמצעי לאספקת נוזל עבודה ומחליף חום וזרבובית. הכור הקומפקטי תפס מיקום מרכזי, ושאר המכשירים הוצבו לידו. כמו כן, החצר זקוקה למיכל נפרד למימן נוזלי.
הגובה הכולל של המוצר RD0410 / 11B91 הגיע ל -3.5 מ ', הקוטר המרבי היה 1.6 מ'. המשקל, תוך התחשבות בהגנה מפני קרינה, היה 2 טון. הדחף המחושב של המנוע בחלל הגיע ל 35.2 kN או 3.59 tf. הדחף הספציפי בחלל הוא 910 kgf / s / kg או 8927 m / s. ניתן להפעיל את המנוע 10 פעמים. משאב - שעה אחת. בעזרת שינויים מסוימים בעתיד, ניתן היה להגדיל את המאפיינים לרמה הנדרשת.
ידוע כי לנוזל העבודה המחומם של כור גרעיני כזה הייתה רדיואקטיביות מוגבלת. אף על פי כן, לאחר הבדיקות הוא הוגן, והשטח שבו הייתה נמצאת הדוכן היה צריך להיסגר למשך יום. השימוש במנוע כזה באטמוספירה של כדור הארץ נחשב ללא בטוח. יחד עם זאת, הוא יכול לשמש כחלק משלבים עליונים המתחילים לעבוד מחוץ לאטמוספירה. לאחר השימוש, יש לשלוח בלוקים כאלה למסלול הפינוי.
עוד בשנות השישים הופיע הרעיון ליצור תחנת כוח המבוססת על כור גרעיני. ניתן להזין את נוזל העבודה המחומם לטורבינה המחוברת לגנרטור. תחנות כוח כאלה היו מעניינות את המשך הפיתוח של האסטרונאוטיקה, מכיוון שהן אפשרו להיפטר מהבעיות והמגבלות הקיימות בתחום ייצור החשמל לציוד המשולב.
בשנות השמונים הגיע הרעיון של תחנת כוח לשלב התכנון. פרוייקט של מוצר כזה המבוסס על מנוע RD0410 עבד. אחד הכורים הניסיוניים IR-100 / IRGIT היה מעורב בניסויים בנושא זה, במהלכם הוא סיפק הפעלה של גנרטור של 200 קילוואט.
סביבה חדשה
העבודה התיאורטית והמעשית העיקרית בנושא ה- NRE הסובייטית עם ליבה של שלב מוצק הושלמה באמצע שנות השמונים. התעשייה יכולה להתחיל לפתח בלוק מגביר או טכנולוגית רקטות וחלל אחרת עבור מנוע ה- RD0410 הקיים. עם זאת, עבודות כאלה מעולם לא החלו בזמן, ועד מהרה הפך תחילתן לבלתי אפשרית.
בשלב זה, לתעשיית החלל לא היו מספיק משאבים ליישום בזמן של כל התוכניות והרעיונות. בנוסף, בקרוב החלה הפרסטרויקה הידועה לשמצה, ששמה קץ להמוני ההצעות וההתפתחויות. המוניטין של הטכנולוגיה הגרעינית הושפע קשות מתאונת צ'רנוביל. לבסוף, היו בעיות פוליטיות בתקופה זו. בשנת 1988 הופסקה כל העבודה על YARD 11B91 / RD0410.
על פי מקורות שונים, לפחות עד תחילת שנות האלפיים, עדיין נותרו כמה אובייקטים של מתחם באיקאל באתר הבדיקה בסמיפלטינסק. יתר על כן, על אחד המכונים. הכור הניסיוני עדיין היה ממוקם במקום העבודה. KBKhA הצליחה לייצר מנוע RD0410 מן המניין, המתאים להתקנה על במה עליונה עתידית. עם זאת, הטכניקה לשימוש בו נשארה בתוכניות.
לאחר RD0410
ההתפתחויות בנושא מנועי טילים גרעיניים מצאו יישום בפרויקט חדש. בשנת 1992, מספר מפעלים רוסיים פיתחו במשותף מנוע דו-מצבי עם ליבה פאזה מוצקה ונוזל עבודה בצורת מימן. במצב מנוע טילים, מוצר כזה אמור לפתח דחף של 70 kN עם דחף ספציפי של 920 שניות, ומצב ההספק מספק הספק חשמלי של 25 קילוואט. NRE כזה הוצע לשימוש בפרויקטים של חלליות בין כוכביות.
לרוע המזל, באותה תקופה המצב לא תורם ליצירת טכנולוגיה חדשה וטועפת של רקטות וחלל, ולכן הגרסה השנייה של מנוע הרקטות הגרעיניות נשארה על הנייר. ככל הידוע, מפעלים מקומיים עדיין מגלים עניין מסוים בנושא NRE, אך יישום פרויקטים כאלה עדיין לא נראה אפשרי או מועיל. עם זאת, יש לציין כי במסגרת פרויקטים קודמים, מדענים ומהנדסים סובייטים ורוסים הצליחו לצבור כמות מידע משמעותית ולצבור ניסיון חשוב. המשמעות היא שכאשר מתעורר צורך ומתעורר צו מקביל בארצנו, ניתן ליצור NRE חדש בדומה לזה שנבדק בעבר.
