Di masa lalu, negara-negara terkemuka sedang mencari solusi baru yang mendasar di bidang mesin untuk teknologi roket dan ruang angkasa. Proposal paling berani menyangkut penciptaan apa yang disebut. mesin roket nuklir berdasarkan reaktor bahan fisil. Di negara kita, bekerja ke arah ini memberikan hasil nyata dalam bentuk mesin RD0410 eksperimental. Namun demikian, produk ini tidak berhasil menemukan tempatnya dalam proyek-proyek yang menjanjikan dan mempengaruhi perkembangan astronotika domestik dan dunia.
Proposal dan proyek
Sudah di tahun lima puluhan, beberapa tahun sebelum peluncuran satelit pertama dan pesawat ruang angkasa berawak, prospek pengembangan mesin roket pada bahan bakar kimia ditentukan. Yang terakhir memungkinkan untuk mendapatkan karakteristik yang sangat tinggi, tetapi pertumbuhan parameter tidak dapat tak terbatas. Di masa depan, mesin harus "memukul langit-langit" kemampuan mereka. Dalam hal ini, untuk pengembangan lebih lanjut sistem roket dan ruang angkasa, pada dasarnya diperlukan solusi baru.
Dibuat, tetapi tidak diuji oleh RD0410 NRM
Pada tahun 1955, akademisi M. V. Keldysh datang dengan inisiatif untuk membuat mesin roket dengan desain khusus, di mana reaktor nuklir akan bertindak sebagai sumber energi. Pengembangan ide ini dipercayakan kepada NII-1 Kementerian Perindustrian Penerbangan; V. M. Ievlev. Dalam waktu sesingkat mungkin, para spesialis menyelesaikan masalah utama dan mengusulkan dua opsi untuk EBT yang menjanjikan dengan karakteristik terbaik.
Versi pertama dari mesin, ditunjuk sebagai "Skema A", mengusulkan penggunaan reaktor dengan inti fase padat dan permukaan pertukaran panas padat. Opsi kedua, "Skema B", mempertimbangkan penggunaan reaktor dengan zona aktif fase gas - zat fisil harus dalam keadaan plasma, dan energi panas dipindahkan ke fluida kerja melalui radiasi. Para ahli membandingkan kedua skema dan menganggap opsi "A" lebih berhasil. Di masa depan, dialah yang paling aktif berolahraga dan bahkan mencapai tes penuh.
Sejalan dengan pencarian desain EBT yang optimal, masalah penciptaan basis ilmiah, produksi, dan pengujian sedang diselesaikan. Jadi, pada tahun 1957 V. M. Ievlev mengusulkan konsep baru untuk pengujian dan fine-tuning. Semua elemen struktur utama harus diuji pada dudukan yang berbeda, dan hanya setelah itu mereka dapat dirakit menjadi satu struktur. Dalam kasus Skema A, pendekatan ini menyiratkan pembuatan reaktor skala penuh untuk pengujian.
Pada tahun 1958, resolusi rinci Dewan Menteri muncul, yang menentukan arah pekerjaan lebih lanjut. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov dan S. P. Korolev. Di NII-1, departemen khusus dibentuk, dipimpin oleh V. M. Ievlev, yang berurusan dengan arah baru. Juga, beberapa lusin organisasi ilmiah dan desain terlibat dalam pekerjaan itu. Partisipasi Kementerian Pertahanan direncanakan. Jadwal kerja dan nuansa lain dari program ekstensif ditentukan.
Selanjutnya, semua peserta proyek secara aktif berinteraksi dalam satu atau lain cara. Selain itu, pada tahun enam puluhan, konferensi diadakan dua kali, yang dikhususkan untuk topik senjata nuklir dan masalah terkait.
Basis tes
Sebagai bagian dari program pengembangan EBT, diusulkan untuk menerapkan pendekatan baru untuk menguji dan menguji unit yang diperlukan. Pada saat yang sama, para spesialis menghadapi masalah serius. Verifikasi beberapa produk seharusnya dilakukan dalam reaktor nuklir, tetapi melakukan kegiatan tersebut sangat sulit atau bahkan tidak mungkin. Pengujian dapat terhambat oleh kesulitan ekonomi, organisasi atau lingkungan.
Diagram perakitan bahan bakar untuk IR-100
Dalam hal ini, metode baru pengujian produk dikembangkan tanpa menggunakan reaktor nuklir. Pemeriksaan tersebut dibagi menjadi tiga tahap. Yang pertama melibatkan studi proses dalam reaktor pada model. Kemudian komponen reaktor atau mesin harus lulus uji "dingin" mekanis dan hidraulik. Baru kemudian rakitan harus diperiksa dalam kondisi suhu tinggi. Secara terpisah, setelah mengerjakan semua komponen EBT di tribun, dimungkinkan untuk mulai merakit reaktor atau mesin eksperimental penuh.
Untuk melakukan pengujian unit tiga tahap, beberapa perusahaan telah mengembangkan dan membangun berbagai stan. Teknik untuk pengujian suhu tinggi sangat menarik. Selama perkembangannya, perlu untuk menciptakan teknologi baru untuk memanaskan gas. Dari tahun 1959 hingga 1972, NII-1 mengembangkan sejumlah plasmatron berdaya tinggi yang memanaskan gas hingga 3000 ° K dan memungkinkan untuk melakukan tes suhu tinggi.
Khusus untuk pengembangan "Skema B" perlu mengembangkan perangkat yang lebih kompleks. Untuk tugas seperti itu, plasmatron dengan tekanan keluaran ratusan atmosfer dan suhu 10-15 ribu K diperlukan. Pada akhir tahun enam puluhan, teknologi pemanasan gas berdasarkan interaksinya dengan berkas elektron muncul, yang membuatnya mungkin untuk mendapatkan karakteristik yang diperlukan.
Resolusi Dewan Menteri menyediakan pembangunan fasilitas baru di lokasi uji Semipalatinsk. Di sana perlu untuk membangun bangku uji dan reaktor eksperimental untuk pengujian lebih lanjut dari rakitan bahan bakar dan komponen lain dari EBT. Semua struktur utama dibangun pada tahun 1961, dan pada saat yang sama dimulainya reaktor pertama. Kemudian peralatan poligon disempurnakan dan ditingkatkan beberapa kali. Beberapa bunker bawah tanah dengan perlindungan yang diperlukan dimaksudkan untuk mengakomodasi reaktor dan personel.
Faktanya, proyek NRM yang menjanjikan adalah salah satu usaha paling berani pada masanya, dan oleh karena itu mengarah pada pengembangan dan konstruksi sejumlah besar perangkat dan instrumen uji yang unik. Semua stan ini memungkinkan untuk melakukan banyak eksperimen dan mengumpulkan sejumlah besar data dari berbagai jenis, cocok untuk pengembangan berbagai proyek.
Skema A
Kembali di akhir tahun lima puluhan, versi paling sukses dan menjanjikan dari tipe mesin "A". Konsep ini mengusulkan pembangunan reaktor nuklir berdasarkan reaktor dengan penukar panas yang bertanggung jawab untuk memanaskan fluida kerja gas. Pengeluaran yang terakhir melalui nosel seharusnya menciptakan daya dorong yang diperlukan. Terlepas dari kesederhanaan konsepnya, implementasi ide-ide semacam itu dikaitkan dengan sejumlah kesulitan.
Model FA untuk reaktor IR-100
Pertama-tama, masalah pemilihan bahan untuk konstruksi inti muncul. Desain reaktor harus menahan beban panas yang tinggi dan mempertahankan kekuatan yang dibutuhkan. Selain itu, ia harus melewati neutron termal, tetapi pada saat yang sama tidak kehilangan karakteristik karena radiasi pengion. Pembangkitan panas yang tidak merata di inti juga diharapkan, yang menempatkan tuntutan baru pada desainnya.
Untuk mencari solusi dan menyempurnakan desain, diadakan workshop khusus di NII-1, yaitu membuat model rakitan bahan bakar dan komponen inti lainnya. Pada tahap pekerjaan ini, berbagai logam dan paduan, serta bahan lainnya, diuji. Untuk pembuatan rakitan bahan bakar, tungsten, molibdenum, grafit, karbida suhu tinggi, dll. dapat digunakan. Juga, pencarian dilakukan untuk lapisan pelindung untuk mencegah penghancuran struktur.
Selama percobaan, bahan yang optimal untuk pembuatan masing-masing komponen EBT ditemukan. Selain itu, dimungkinkan untuk mengkonfirmasi kemungkinan mendasar untuk memperoleh impuls spesifik dari urutan 850-900 detik. Hal ini memberikan mesin yang menjanjikan kinerja tertinggi dan keuntungan yang signifikan atas sistem bahan bakar kimia.
Inti reaktor berbentuk silinder dengan panjang sekitar 1 m dan diameter 50 mm. Pada saat yang sama, direncanakan untuk membuat 26 varian rakitan bahan bakar dengan fitur-fitur tertentu. Berdasarkan hasil tes berikutnya, yang paling sukses dan efektif dipilih. Desain rakitan bahan bakar yang ditemukan disediakan untuk penggunaan dua komposisi bahan bakar. Yang pertama adalah campuran uranium-235 (90%) dengan niobium atau zirkonium karbida. Campuran ini dicetak dalam bentuk batang bengkok empat balok dengan panjang 100 mm dan diameter 2,2 mm. Komposisi kedua terdiri dari uranium dan grafit; itu dibuat dalam bentuk prisma heksagonal panjang 100-200 mm dengan saluran dalam 1 mm yang memiliki lapisan. Batang dan prisma ditempatkan dalam wadah logam tahan panas yang disegel.
Pengujian rakitan dan elemen di lokasi pengujian Semipalatinsk dimulai pada tahun 1962. Selama dua tahun kerja, 41 reaktor start-up berlangsung. Pertama-tama, kami berhasil menemukan versi konten inti yang paling efektif. Semua solusi dan karakteristik utama juga dikonfirmasi. Secara khusus, semua unit reaktor mengatasi beban termal dan radiasi. Dengan demikian, ditemukan bahwa reaktor yang dikembangkan mampu menyelesaikan tugas utamanya - untuk memanaskan gas hidrogen hingga 3000-3100 ° K pada laju aliran tertentu. Semua ini memungkinkan untuk mulai mengembangkan mesin roket nuklir lengkap.
11B91 di "Baikal"
Pada awal tahun enam puluhan, pekerjaan dimulai pada penciptaan EBT penuh berdasarkan produk dan perkembangan yang ada. Pertama-tama, NII-1 mempelajari kemungkinan membuat seluruh keluarga mesin roket dengan parameter berbeda, cocok untuk digunakan dalam berbagai proyek teknologi roket. Dari keluarga ini, merekalah yang pertama merancang dan membuat mesin berdaya dorong rendah - 36 kN. Produk semacam itu nantinya dapat digunakan di tahap atas yang menjanjikan, cocok untuk mengirim pesawat ruang angkasa ke benda langit lainnya.
Reaktor IRGIT selama perakitan
Pada tahun 1966, NII-1 dan Biro Desain Otomatis Kimia mulai bekerja bersama untuk membentuk dan merancang mesin roket nuklir masa depan. Segera mesin menerima indeks 11B91 dan RD0410. Elemen utamanya adalah reaktor bernama IR-100. Belakangan, reaktor tersebut diberi nama IRGIT ("Reaktor penelitian untuk studi kelompok TVEL"). Awalnya, direncanakan untuk membuat dua proyektor nuklir yang berbeda. Yang pertama adalah produk eksperimental untuk pengujian di lokasi pengujian, dan yang kedua adalah model penerbangan. Namun, pada tahun 1970, kedua proyek tersebut digabungkan dengan maksud untuk melakukan uji lapangan. Setelah itu, KBHA menjadi pengembang terkemuka sistem baru.
Menggunakan pengembangan dalam penelitian pendahuluan di bidang propulsi nuklir, serta menggunakan basis uji yang ada, dimungkinkan untuk dengan cepat menentukan penampilan 11B91 di masa depan dan memulai desain teknis yang lengkap.
Pada saat yang sama, kompleks bangku "Baikal" dibuat untuk pengujian selanjutnya di lokasi pengujian. Mesin baru diusulkan untuk diuji di fasilitas bawah tanah dengan perlindungan penuh. Sarana untuk mengumpulkan dan mengendapkan fluida kerja gas disediakan. Untuk menghindari emisi radiasi, gas harus disimpan dalam gasholder, dan baru setelah itu dapat dilepaskan ke atmosfer. Karena kompleksitas pekerjaan tertentu, kompleks Baikal telah dibangun selama sekitar 15 tahun. Yang terakhir dari objeknya selesai setelah dimulainya tes pada yang pertama.
Pada tahun 1977, di kompleks Baikal, stasiun kerja kedua untuk pabrik percontohan ditugaskan, dilengkapi dengan sarana untuk memasok cairan kerja dalam bentuk hidrogen. Pada 17 September, peluncuran fisik produk 11B91 dilakukan. Power start-up berlangsung pada 27 Maret 1978. Pada tanggal 3 Juli dan 11 Agustus, dua uji kebakaran dilakukan dengan pengoperasian penuh produk sebagai reaktor nuklir. Dalam tes ini, reaktor secara bertahap dibawa ke daya 24, 33 dan 42 MW. Hidrogen dipanaskan hingga 2630 ° K. Pada awal tahun delapan puluhan, dua prototipe lainnya diuji. Mereka menunjukkan daya hingga 62-63 MW dan memanaskan gas hingga 2500 ° K.
Proyek RD0410
Pada pergantian tahun tujuh puluhan dan delapan puluhan, itu adalah pertanyaan untuk menciptakan NRM yang lengkap, sepenuhnya cocok untuk dipasang pada rudal atau tingkat atas. Penampilan akhir dari produk semacam itu terbentuk, dan pengujian di lokasi pengujian Semipalatinsk mengkonfirmasi semua karakteristik desain utama.
Mesin RD0410 yang sudah jadi sangat berbeda dari produk yang ada. Itu dibedakan oleh komposisi unit, tata letak dan bahkan penampilan, karena prinsip operasi lainnya. Sebenarnya, RD0410 dibagi menjadi beberapa blok utama: reaktor, sarana untuk memasok fluida kerja dan penukar panas dan nosel. Reaktor kompak menempati posisi sentral, dan perangkat lainnya ditempatkan di sebelahnya. Juga, YARD membutuhkan tangki terpisah untuk hidrogen cair.
Tinggi total produk RD0410 / 11B91 mencapai 3,5 m, diameter maksimum 1,6 m. Berat, dengan mempertimbangkan proteksi radiasi, adalah 2 ton. Daya dorong mesin yang dihitung dalam kekosongan mencapai 35,2 kN atau 3,59 tf. Impuls spesifik dalam ruang hampa adalah 910 kgf • s / kg atau 8927 m / s. Mesin bisa dihidupkan 10 kali. Sumber daya - 1 jam Melalui modifikasi tertentu di masa depan, dimungkinkan untuk meningkatkan karakteristik ke tingkat yang diperlukan.
Diketahui bahwa fluida kerja yang dipanaskan dari reaktor nuklir semacam itu memiliki radioaktivitas yang terbatas. Namun, setelah uji coba, stan tersebut dipertahankan, dan area di mana stan tersebut berada harus ditutup selama sehari. Penggunaan mesin seperti itu di atmosfer bumi dianggap tidak aman. Pada saat yang sama, itu dapat digunakan sebagai bagian dari tahap atas yang mulai bekerja di luar atmosfer. Setelah digunakan, blok tersebut harus dikirim ke orbit pembuangan.
Kembali pada tahun enam puluhan, ide untuk membuat pembangkit listrik berdasarkan reaktor nuklir muncul. Fluida kerja yang dipanaskan dapat diumpankan ke turbin yang terhubung ke generator. Pembangkit listrik semacam itu menarik untuk pengembangan astronotika lebih lanjut, karena mereka memungkinkan untuk menyingkirkan masalah dan batasan yang ada di bidang pembangkitan listrik untuk peralatan onboard.
Pada tahun delapan puluhan, gagasan pembangkit listrik mencapai tahap desain. Proyek produk semacam itu berdasarkan mesin RD0410 sedang dikerjakan. Salah satu reaktor eksperimental IR-100 / IRGIT terlibat dalam eksperimen tentang topik ini, di mana ia menyediakan pengoperasian generator 200 kW.
Lingkungan baru
Pekerjaan teoretis dan praktis utama tentang masalah NRE Soviet dengan inti fase padat diselesaikan pada pertengahan tahun delapan puluhan. Industri dapat mulai mengembangkan booster block atau teknologi roket dan antariksa lainnya untuk mesin RD0410 yang ada. Namun, pekerjaan seperti itu tidak pernah dimulai tepat waktu, dan segera mulai menjadi tidak mungkin.
Pada saat ini, industri luar angkasa tidak memiliki sumber daya yang cukup untuk implementasi tepat waktu dari semua rencana dan ide. Selain itu, Perestroika yang terkenal segera dimulai, yang mengakhiri banyak proposal dan perkembangan. Reputasi teknologi nuklir sangat terpengaruh oleh kecelakaan Chernobyl. Akhirnya, ada masalah politik selama periode itu. Pada tahun 1988, semua pekerjaan di YARD 11B91 / RD0410 dihentikan.
Menurut berbagai sumber, setidaknya hingga awal tahun 2000-an, beberapa objek kompleks Baikal masih tersisa di lokasi uji Semipalatinsk. Selain itu, pada salah satu yang disebut. reaktor eksperimental masih terletak di tempat kerja. KBKhA berhasil memproduksi mesin RD0410 lengkap, cocok untuk pemasangan di tahap atas di masa depan. Namun, teknik untuk menggunakannya tetap dalam rencana.
Setelah RD0410
Perkembangan pada subjek mesin roket nuklir telah menemukan aplikasi dalam proyek baru. Pada tahun 1992, sejumlah perusahaan Rusia bersama-sama mengembangkan mesin dua mode dengan inti fase padat dan fluida kerja dalam bentuk hidrogen. Dalam mode mesin roket, produk semacam itu harus mengembangkan daya dorong 70 kN dengan impuls spesifik 920 detik, dan mode daya menyediakan daya listrik 25 kW. NRE semacam itu diusulkan untuk digunakan dalam proyek pesawat ruang angkasa antarplanet.
Sayangnya, pada saat itu situasinya tidak kondusif untuk penciptaan teknologi roket dan ruang angkasa yang baru dan berani, dan oleh karena itu versi kedua dari mesin roket nuklir tetap di atas kertas. Sejauh yang diketahui, perusahaan dalam negeri masih menunjukkan minat tertentu pada subjek EBT, tetapi pelaksanaan proyek-proyek tersebut tampaknya belum memungkinkan atau bijaksana. Namun demikian, perlu dicatat bahwa dalam kerangka proyek sebelumnya, ilmuwan dan insinyur Soviet dan Rusia dapat mengumpulkan sejumlah besar informasi dan mendapatkan pengalaman penting. Ini berarti bahwa ketika kebutuhan muncul dan tatanan yang sesuai muncul di negara kita, EBT baru dapat dibuat serupa dengan yang diuji di masa lalu.
