Geçmişte, önde gelen ülkeler roket ve uzay teknolojisi için motorlar alanında temelde yeni çözümler arıyorlardı. En cesur teklifler, sözde yaratılmasıyla ilgiliydi. bölünebilir malzeme reaktörüne dayalı nükleer roket motorları. Ülkemizde bu yönde yapılan çalışmalar deneysel bir RD0410 motoru şeklinde gerçek sonuçlar verdi. Bununla birlikte, bu ürün gelecek vaat eden projelerde yer bulmayı ve yerli ve dünya astronotiğinin gelişimini etkilemeyi başaramadı.
Teklifler ve projeler
Zaten ellili yıllarda, ilk uydunun ve insanlı bir uzay aracının piyasaya sürülmesinden birkaç yıl önce, roket motorlarının kimyasal yakıtla geliştirilmesi beklentileri belirlendi. İkincisi, çok yüksek özellikler elde etmeyi mümkün kıldı, ancak parametrelerin büyümesi sonsuz olamazdı. Gelecekte, motorların yeteneklerinin "tavanına çarpması" gerekiyordu. Bu bağlamda, roket ve uzay sistemlerinin daha da geliştirilmesi için temelde yeni çözümler gerekliydi.
RD0410 NRM tarafından oluşturulmuş ancak test edilmemiştir
1955 yılında akademisyen M. V. Keldysh, bir nükleer reaktörün bir enerji kaynağı olarak hareket edeceği özel bir tasarıma sahip bir roket motoru yaratma girişimi ile geldi. Bu fikrin geliştirilmesi, Havacılık Endüstrisi Bakanlığı'nın NII-1'ine emanet edildi; sanal makine levlev. Mümkün olan en kısa sürede, uzmanlar ana sorunları çözdüler ve en iyi özelliklere sahip gelecek vaat eden bir NRE için iki seçenek önerdiler.
"Şema A" olarak adlandırılan motorun ilk versiyonu, katı fazlı çekirdekli ve katı ısı değişim yüzeyli bir reaktörün kullanılmasını önerdi. İkinci seçenek olan "Şema B", gaz fazlı aktif bölgeye sahip bir reaktörün kullanımını öngördü - bölünebilir maddenin plazma durumunda olması gerekiyordu ve termal enerji radyasyon yoluyla çalışma sıvısına aktarıldı. Uzmanlar iki planı karşılaştırdı ve "A" seçeneğini daha başarılı buldu. Gelecekte, en aktif olarak çalışan ve hatta tam teşekküllü testlere ulaşan oydu.
NRE'nin optimal tasarımlarının aranmasına paralel olarak, bilimsel, üretim ve test üssü oluşturma konuları üzerinde çalışıldı. Böylece, 1957'de V. M. Ievlev, test ve ince ayar için yeni bir konsept önerdi. Tüm ana yapısal elemanların farklı stantlarda test edilmesi gerekiyordu ve ancak bundan sonra tek bir yapı halinde birleştirilebildiler. Şema A durumunda, bu yaklaşım, test için tam ölçekli reaktörlerin oluşturulmasını ima etti.
1958'de, daha fazla çalışmanın gidişatını belirleyen Bakanlar Kurulu'nun ayrıntılı bir kararı çıktı. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov ve S. P. Korolev. NII-1'de, V. M. başkanlığındaki özel bir departman kuruldu. Yeni bir yönle başa çıkacak olan Ievlev. Ayrıca, çalışmaya birkaç düzine bilimsel ve tasarım kuruluşu katıldı. Savunma Bakanlığı'nın katılımı planlandı. Kapsamlı programın çalışma takvimi ve diğer nüansları belirlendi.
Daha sonra, tüm proje katılımcıları bir şekilde aktif olarak etkileşime girdi. Buna ek olarak, altmışlı yıllarda, yalnızca nükleer silahlar ve ilgili konulara ayrılmış iki kez konferans düzenlendi.
Test tabanı
NRE geliştirme programının bir parçası olarak, gerekli birimleri test etmek ve test etmek için yeni bir yaklaşım uygulanması önerildi. Aynı zamanda, uzmanlar ciddi bir sorunla karşı karşıya kaldı. Bazı ürünlerin doğrulanmasının bir nükleer reaktörde yapılması gerekiyordu, ancak bu tür faaliyetleri gerçekleştirmek son derece zor hatta imkansızdı. Test, ekonomik, organizasyonel veya çevresel zorluklar nedeniyle engellenebilir.
IR-100 için yakıt montaj şeması
Bu bağlamda, nükleer reaktörler kullanılmadan yeni test ürünleri yöntemleri geliştirildi. Bu tür kontroller üç aşamaya ayrıldı. İlki, reaktördeki süreçlerin modellerde incelenmesini içeriyordu. Daha sonra reaktörün veya motorun bileşenlerinin mekanik ve hidrolik "soğuk" testlerden geçmesi gerekiyordu. Ancak o zaman tertibatların yüksek sıcaklık koşulları altında kontrol edilmesi gerekiyordu. Ayrı olarak, NRE'nin tüm bileşenlerini stantlarda çalıştırdıktan sonra, tam teşekküllü bir deneysel reaktör veya motor kurmaya başlamak mümkün oldu.
Ünitelerin üç aşamalı testlerini gerçekleştirmek için birkaç işletme çeşitli stantlar geliştirmiş ve inşa etmiştir. Yüksek sıcaklık testi için teknik özellikle ilgi çekicidir. Geliştirilmesi sırasında, gazları ısıtmak için yeni teknolojiler yaratmak gerekiyordu. 1959'dan 1972'ye kadar NII-1, gazları 3000 ° K'ye kadar ısıtan ve yüksek sıcaklık testleri yapmayı mümkün kılan bir dizi yüksek güçlü plazmatron geliştirdi.
Özellikle "Şema B"nin geliştirilmesi için daha da karmaşık cihazların geliştirilmesi gerekiyordu. Bu tür görevler için, yüzlerce atmosfer çıkış basıncına ve 10-15 bin K sıcaklığa sahip bir plazmatron gerekliydi. Altmışlı yılların sonunda, elektron ışınlarıyla etkileşimine dayanan gaz ısıtma teknolojisi ortaya çıktı, bu da onu yaptı. gerekli özellikleri elde etmek mümkündür.
Bakanlar Kurulu kararı, Semipalatinsk test sahasında yeni bir tesisin inşasını sağladı. Orada, yakıt gruplarının ve NRE'nin diğer bileşenlerinin daha fazla test edilmesi için bir test tezgahı ve deneysel bir reaktör inşa etmek gerekliydi. Tüm ana yapılar 1961'de inşa edildi ve aynı zamanda reaktörün ilk çalıştırması gerçekleşti. Daha sonra poligon ekipmanı birkaç kez rafine edildi ve geliştirildi. Gerekli korumaya sahip birkaç yeraltı sığınağı, reaktör ve personeli barındırmak için tasarlandı.
Aslında, gelecek vaat eden bir NRM projesi, zamanının en cesur girişimlerinden biriydi ve bu nedenle, bir dizi benzersiz cihaz ve test cihazının geliştirilmesine ve inşasına yol açtı. Tüm bu stantlar, çok sayıda deney yapmayı ve çeşitli projelerin geliştirilmesine uygun çeşitli türlerde büyük miktarda veri toplamayı mümkün kıldı.
Şema A
Ellili yılların sonlarında, "A" motor tipinin en başarılı ve gelecek vaat eden versiyonu. Bu konsept, gaz halindeki çalışma sıvısını ısıtmaktan sorumlu ısı eşanjörlerine sahip bir reaktöre dayalı bir nükleer reaktörün yapımını önerdi. İkincisinin nozuldan fırlatılmasının gerekli itmeyi yaratması gerekiyordu. Konseptin basitliğine rağmen, bu tür fikirlerin uygulanması bir takım zorluklarla ilişkilendirildi.
IR-100 reaktörü için FA modeli
Her şeyden önce, çekirdeğin yapımı için malzeme seçimi sorunu ortaya çıktı. Reaktörün tasarımının yüksek termal yüklere dayanması ve gerekli gücü koruması gerekiyordu. Ek olarak, termal nötronları geçmesi gerekiyordu, ancak aynı zamanda iyonlaştırıcı radyasyon nedeniyle özelliklerini kaybetmedi. Çekirdekte eşit olmayan ısı üretimi de bekleniyordu ve bu da tasarımına yeni talepler getirdi.
Çözüm aramak ve tasarımı iyileştirmek için NII-1'de model yakıt tertibatları ve diğer temel bileşenleri yapacak özel bir atölye çalışması düzenlendi. Çalışmanın bu aşamasında çeşitli metal ve alaşımların yanı sıra diğer malzemeler test edildi. Yakıt gruplarının üretimi için tungsten, molibden, grafit, yüksek sıcaklıklı karbürler vb. kullanılabilir. Ayrıca yapının tahribatını önlemek için koruyucu kaplamalar için arama yapıldı.
Deneyler sırasında, NRE'nin bireysel bileşenlerinin üretimi için en uygun malzemeler bulundu. Ek olarak, 850-900 s mertebesinde belirli bir dürtü elde etmenin temel olasılığını doğrulamak mümkün oldu. Bu, gelecek vaat eden motora en yüksek performansı ve kimyasal yakıt sistemlerine göre önemli bir avantaj sağladı.
Reaktör çekirdeği, yaklaşık 1 m uzunluğunda ve 50 mm çapında bir silindirdi. Aynı zamanda, belirli özelliklere sahip 26 çeşit yakıt grubu oluşturulması öngörülmüştür. Sonraki testlerin sonuçlarına göre en başarılı ve etkili olanlar seçildi. İki yakıt bileşiminin kullanımı için sağlanan yakıt tertibatlarının bulunan tasarımı. Birincisi, niyobyum veya zirkonyum karbür ile uranyum-235 (%90) karışımıydı. Bu karışım, 100 mm uzunluğunda ve 2.2 mm çapında dört kirişli bükümlü bir çubuk şeklinde kalıplanmıştır. İkinci bileşim uranyum ve grafitten oluşuyordu; astarlı 1 mm iç kanal ile 100-200 mm uzunluğunda altıgen prizmalar şeklinde yapılmıştır. Çubuklar ve prizmalar, sızdırmaz, ısıya dayanıklı metal bir kasaya yerleştirildi.
Semipalatinsk test sahasındaki montajların ve elemanların testleri 1962'de başladı. İki yıllık çalışma için 41 reaktör devreye alındı. Öncelikle çekirdek içeriğin en etkili versiyonunu bulmayı başardık. Tüm ana çözümler ve özellikler de doğrulandı. Özellikle, reaktörün tüm birimleri termal ve radyasyon yükleriyle başa çıktı. Böylece, geliştirilen reaktörün ana görevini çözebildiği bulundu - gaz halindeki hidrojeni belirli bir akış hızında 3000-3100 ° K'ye ısıtmak. Bütün bunlar, tam teşekküllü bir nükleer roket motoru geliştirmeye başlamayı mümkün kıldı.
"Baykal" konulu 11B91
Altmışlı yılların başında, mevcut ürünlere ve gelişmelere dayanan tam teşekküllü bir NRE'nin oluşturulması için çalışmalar başladı. Her şeyden önce, NII-1, çeşitli roket teknolojisi projelerinde kullanıma uygun, farklı parametrelere sahip bütün bir roket motoru ailesi oluşturma olasılığını inceledi. Bu aileden, düşük itişli bir motor tasarlayan ve inşa eden ilk kişilerdi - 36 kN. Böyle bir ürün, daha sonra, diğer gök cisimlerine uzay aracı göndermek için uygun, gelecek vaat eden bir üst aşamada kullanılabilir.
Montaj sırasında IRGIT reaktörü
1966'da NII-1 ve Kimyasal Otomatik Tasarım Bürosu, gelecekteki nükleer roket motorunu şekillendirmek ve tasarlamak için ortak çalışmaya başladı. Yakında motor 11B91 ve RD0410 endekslerini aldı. Ana unsuru IR-100 adlı bir reaktördü. Daha sonra reaktöre IRGIT ("TVEL'in grup çalışmaları için araştırma reaktörü") adı verildi. Başlangıçta, iki farklı nükleer projektör oluşturulması planlandı. Birincisi, test sahasında test edilecek deneysel bir ürün, ikincisi ise bir uçuş modeliydi. Ancak, 1970 yılında, iki proje saha testleri yapmak amacıyla birleştirildi. Bundan sonra, KBHA yeni sistemin lider geliştiricisi oldu.
Nükleer tahrik alanındaki ön araştırmalardaki gelişmelerin yanı sıra mevcut test tabanını kullanarak, gelecekteki 11B91'in görünümünü hızlı bir şekilde belirlemek ve tam teşekküllü bir teknik tasarıma başlamak mümkün oldu.
Aynı zamanda, test sahasında gelecekteki testler için "Baykal" tezgah kompleksi oluşturuldu. Yeni motorun, tam kapsamlı korumaya sahip bir yeraltı tesisinde test edilmesi önerildi. Gaz halindeki çalışma sıvısının toplanması ve çökeltilmesi için araçlar sağlandı. Radyasyon emisyonunu önlemek için gazın gaz tutucularda tutulması gerekiyordu ve ancak bundan sonra atmosfere salınabiliyordu. İşin özel karmaşıklığı nedeniyle, Baykal kompleksi yaklaşık 15 yıldır yapım aşamasındadır. Nesnelerinin sonuncusu, ilkinde testlerin başlamasından sonra tamamlandı.
1977'de Baykal kompleksinde, hidrojen şeklinde bir çalışma sıvısı sağlama aracıyla donatılmış pilot tesisler için ikinci bir iş istasyonu devreye alındı. 17 Eylül'de 11B91 ürününün fiziksel lansmanı gerçekleştirildi. Güç başlangıcı 27 Mart 1978'de gerçekleşti. 3 Temmuz ve 11 Ağustos'ta, ürünün nükleer reaktör olarak tam çalışmasıyla iki yangın testi yapıldı. Bu testlerde reaktör kademeli olarak 24, 33 ve 42 MW güce getirildi. Hidrojen 2630 ° K'ye ısıtıldı. Seksenlerin başında, diğer iki prototip test edildi. 62-63 MW'a kadar güç ve 2500 ° K'ye kadar ısıtılmış gaz gösterdiler.
RD0410 projesi
Yetmişlerin ve seksenlerin başında, füzelere veya üst aşamalara kurulum için tamamen uygun, tam teşekküllü bir NRM yaratma meselesiydi. Böyle bir ürünün nihai görünümü oluşturuldu ve Semipalatinsk test sahasındaki testler, tüm ana tasarım özelliklerini doğruladı.
Bitmiş RD0410 motoru, mevcut ürünlerden belirgin şekilde farklıydı. Diğer çalışma prensipleri nedeniyle birimlerin bileşimi, düzeni ve hatta görünümü ile ayırt edildi. Aslında, RD0410 birkaç ana bloğa bölünmüştür: bir reaktör, bir çalışma sıvısı ve bir ısı eşanjörü ve bir meme beslemesi için araçlar. Kompakt reaktör merkezi bir konuma sahipti ve cihazların geri kalanı yanına yerleştirildi. Ayrıca, YARD'ın sıvı hidrojen için ayrı bir tanka ihtiyacı vardı.
RD0410 / 11B91 ürününün toplam yüksekliği 3,5 m'ye ulaştı, maksimum çap 1,6 m idi Radyasyondan korunma dikkate alınarak ağırlık 2 tondu Boşta motorun hesaplanan itme kuvveti 35,2 kN veya 3,59 tf'ye ulaştı. Boşluktaki özgül darbe 910 kgf • s / kg veya 8927 m / s'dir. Motor 10 kez çalıştırılabilir. Kaynak - 1 saat Gelecekteki bazı değişikliklerle özellikleri istenen seviyeye çıkarmak mümkün oldu.
Böyle bir nükleer reaktörün ısıtılmış çalışma sıvısının sınırlı radyoaktiviteye sahip olduğu bilinmektedir. Bununla birlikte, testlerden sonra savunuldu ve standın bulunduğu alan bir gün boyunca kapatılmak zorunda kaldı. Böyle bir motorun Dünya atmosferinde kullanılması güvensiz olarak kabul edildi. Aynı zamanda atmosfer dışında çalışmaya başlayan üst aşamaların bir parçası olarak da kullanılabilir. Kullanımdan sonra, bu tür bloklar imha yörüngesine gönderilmelidir.
Altmışlı yıllarda, nükleer reaktöre dayalı bir elektrik santrali oluşturma fikri ortaya çıktı. Isıtılmış çalışma sıvısı, bir jeneratöre bağlı bir türbine beslenebilir. Bu tür santraller, yerleşik ekipman için elektrik üretme alanındaki mevcut sorunlardan ve kısıtlamalardan kurtulmayı mümkün kıldığı için, astronotiğin daha da geliştirilmesi için ilgi çekiciydi.
Seksenlerde bir elektrik santrali fikri tasarım aşamasına geldi. RD0410 motoruna dayanan böyle bir ürünün projesi üzerinde çalışıldı. Deneysel reaktörlerden biri IR-100 / IRGIT, bu konuda 200 kW'lık bir jeneratörün çalışmasını sağladığı deneylerde yer aldı.
Yeni çevre
Katı fazlı bir çekirdeğe sahip Sovyet NRE konusundaki ana teorik ve pratik çalışma, seksenlerin ortalarında tamamlandı. Endüstri, mevcut RD0410 motoru için bir güçlendirici blok veya başka bir roket ve uzay teknolojisi geliştirmeye başlayabilir. Ancak, bu tür çalışmalara hiçbir zaman zamanında başlanmadı ve kısa sürede başlamaları imkansız hale geldi.
Şu anda, uzay endüstrisi, tüm planların ve fikirlerin zamanında uygulanması için yeterli kaynağa sahip değildi. Buna ek olarak, kötü şöhretli Perestroika yakında başladı ve bu da teklifler ve gelişmeler yığınına son verdi. Nükleer teknolojinin itibarı, Çernobil kazasından ciddi şekilde etkilendi. Son olarak, o dönemde siyasi sorunlar vardı. 1988'de YARD 11B91 / RD0410 üzerindeki tüm çalışmalar durduruldu.
Çeşitli kaynaklara göre, en azından 2000'lerin başına kadar, Baykal kompleksinin bazı nesneleri hala Semipalatinsk test sahasında kaldı. Üstelik sözde birinde. deneysel reaktör hala işyerindeydi. KBKhA, gelecekteki bir üst aşamada kurulum için uygun, tam teşekküllü bir RD0410 motor üretmeyi başardı. Ancak, onu kullanma tekniği planlarda kaldı.
RD0410'dan sonra
Nükleer roket motorları konusundaki gelişmeler, yeni bir projede uygulama bulmuştur. 1992'de, bir dizi Rus işletmesi ortaklaşa, katı fazlı bir çekirdeğe ve hidrojen şeklinde bir çalışma sıvısına sahip iki modlu bir motor geliştirdi. Roket motoru modunda, böyle bir ürün, 920 s'lik belirli bir dürtü ile 70 kN'lik bir itme geliştirmeli ve güç modu, 25 kW elektrik gücü sağlamalıdır. Böyle bir NRE, gezegenler arası uzay aracı projelerinde kullanılmak üzere önerildi.
Ne yazık ki, o zaman durum yeni ve cesur roket ve uzay teknolojisinin yaratılmasına elverişli değildi ve bu nedenle nükleer roket motorunun ikinci versiyonu kağıt üzerinde kaldı. Bilindiği kadarıyla, yerli işletmeler hala NRE konusuna belirli bir ilgi göstermektedir, ancak bu tür projelerin uygulanması henüz mümkün veya uygun görünmemektedir. Bununla birlikte, Sovyet ve Rus bilim adamları ve mühendislerinin önceki projeler çerçevesinde önemli miktarda bilgi biriktirebildiklerini ve önemli deneyimler kazanabildiklerini belirtmek gerekir. Bu, ülkemizde bir ihtiyaç ortaya çıktığında ve buna karşılık gelen bir düzen oluştuğunda, geçmişte denenmiş olana benzer yeni bir NRE oluşturulabileceği anlamına gelir.
