Në të kaluarën, vendet kryesore po kërkonin zgjidhje thelbësisht të reja në fushën e motorëve për teknologjinë e raketave dhe hapësirës. Propozimet më të guximshme kishin të bënin me krijimin e të ashtuquajturës. motorët e raketave bërthamore të bazuara në një reaktor material të copëtueshëm. Në vendin tonë, puna në këtë drejtim dha rezultate reale në formën e një motori eksperimental RD0410. Sidoqoftë, ky produkt nuk arriti të gjejë vendin e tij në projekte premtuese dhe të ndikojë në zhvillimin e astronautikës vendase dhe botërore.
Propozimet dhe projektet
Tashmë në vitet pesëdhjetë, disa vjet para fillimit të satelitit të parë dhe një anije kozmike të drejtuar, u përcaktuan perspektivat për zhvillimin e motorëve të raketave në karburant kimik. Kjo e fundit bëri të mundur marrjen e karakteristikave shumë të larta, por rritja e parametrave nuk mund të ishte e pafund. Në të ardhmen, motorët duhej të "godisnin tavanin" e aftësive të tyre. Në këtë drejtim, për zhvillimin e mëtejshëm të sistemeve të raketave dhe hapësirës, u kërkuan zgjidhje thelbësisht të reja.
E ndërtuar, por jo e testuar nga RD0410 NRM
Në vitin 1955, akademiku M. V. Keldysh doli me një nismë për të krijuar një motor rakete të një dizajni të veçantë, në të cilin një reaktor bërthamor do të vepronte si një burim energjie. Zhvillimi i kësaj ideje iu besua NII-1 të Ministrisë së Industrisë së Aviacionit; V. M. Ievlev. Në kohën më të shkurtër të mundshme, specialistët përpunuan çështjet kryesore dhe propozuan dy mundësi për një NRE premtuese me karakteristikat më të mira.
Versioni i parë i motorit, i caktuar si "Skema A", propozoi përdorimin e një reaktori me një bërthamë të fazës së ngurtë dhe sipërfaqe të ngurta të shkëmbimit të nxehtësisë. Opsioni i dytë, "Skema B", parashikonte përdorimin e një reaktori me një zonë aktive në fazën e gazit - substanca e copëtuar duhej të ishte në një gjendje plazma, dhe energjia termike u transferua në lëngun e punës me anë të rrezatimit. Ekspertët krahasuan dy skemat dhe e konsideruan opsionin "A" më të suksesshëm. Në të ardhmen, ishte ai që u përpunua më aktivisht dhe madje arriti teste të plota.
Paralelisht me kërkimin për modelet optimale të NRE, çështjet e krijimit të një baze shkencore, prodhimi dhe testimi po përpunoheshin. Pra, në 1957 V. M. Ievlev propozoi një koncept të ri për testimin dhe rregullimin e mirë. Të gjithë elementët kryesorë strukturorë duhej të testoheshin në stenda të ndryshme, dhe vetëm pas kësaj ato mund të mblidheshin në një strukturë të vetme. Në rastin e Skemës A, kjo qasje nënkuptonte krijimin e reaktorëve në shkallë të plotë për testim.
Në vitin 1958, u shfaq një rezolutë e detajuar e Këshillit të Ministrave, e cila përcaktoi rrjedhën e punës së mëtejshme. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov dhe S. P. Korolev. Në NII-1, u formua një departament special, i kryesuar nga V. M. Ievlev, i cili duhej të merrej me një drejtim të ri. Gjithashtu, disa dhjetëra organizata shkencore dhe të projektimit u përfshinë në punë. Pjesëmarrja e Ministrisë së Mbrojtjes ishte planifikuar. U përcaktua orari i punës dhe nuancat e tjera të programit të gjerë.
Më pas, të gjithë pjesëmarrësit e projektit bashkëvepruan në mënyrë aktive në një mënyrë ose në një tjetër. Për më tepër, në vitet gjashtëdhjetë, konferenca u mbajtën dy herë, kushtuar ekskluzivisht temës së armëve bërthamore dhe çështjeve të lidhura.
Baza e provës
Si pjesë e programit të zhvillimit të NRE, u propozua të zbatohet një qasje e re për testimin dhe testimin e njësive të nevojshme. Në të njëjtën kohë, specialistët u përballën me një problem serioz. Verifikimi i disa produkteve supozohej të kryhej në një reaktor bërthamor, por kryerja e aktiviteteve të tilla ishte jashtëzakonisht e vështirë apo edhe e pamundur. Testimi mund të pengohet nga vështirësitë ekonomike, organizative ose mjedisore.
Diagrami i montimit të karburantit për IR-100
Në këtë drejtim, metodat e reja të testimit të produkteve u zhvilluan pa përdorimin e reaktorëve bërthamorë. Kontrolle të tilla u ndanë në tre faza. E para përfshiu studimin e proceseve në reaktor në modele. Pastaj përbërësit e reaktorit ose motorit duhej të kalonin teste mekanike dhe hidraulike "të ftohta". Vetëm atëherë asambletë duhej të kontrolloheshin në kushte të temperaturës së lartë. Më vete, pasi keni përpunuar të gjithë përbërësit e NRE në stendat, ishte e mundur të filloni montimin e një reaktori ose motori eksperimental të plotë.
Për të kryer teste me tre faza të njësive, disa ndërmarrje kanë zhvilluar dhe ndërtuar stenda të ndryshme. Teknika për testimin e temperaturës së lartë është me interes të veçantë. Gjatë zhvillimit të tij, ishte e nevojshme të krijoheshin teknologji të reja për ngrohjen e gazrave. Nga viti 1959 deri në 1972, NII-1 zhvilloi një numër plazmatronësh me fuqi të lartë që ngrohnin gazrat deri në 3000 ° K dhe bëri të mundur kryerjen e testeve të temperaturës së lartë.
Sidomos për zhvillimin e "Skemës B" ishte e nevojshme të zhvilloheshin pajisje edhe më komplekse. Për detyra të tilla, kërkohej një plasmatron me një presion dalës prej qindra atmosferash dhe një temperaturë prej 10-15 mijë K. Në fund të viteve gjashtëdhjetë, u shfaq teknologjia e ngrohjes së gazit bazuar në ndërveprimin e saj me rrezet e elektroneve, gjë që e bëri atë e mundur për të marrë karakteristikat e kërkuara.
Rezoluta e Këshillit të Ministrave parashikonte ndërtimin e një objekti të ri në vendin e provës Semipalatinsk. Atje ishte e nevojshme të ndërtohej një stol provë dhe një reaktor eksperimental për testimin e mëtejshëm të montimeve të karburantit dhe përbërësve të tjerë të NRE. Të gjitha strukturat kryesore u ndërtuan deri në vitin 1961, dhe në të njëjtën kohë u bë fillimi i parë i reaktorit. Pastaj pajisjet e poligonit u rafinuan dhe u përmirësuan disa herë. Disa bunkerë nëntokësorë me mbrojtjen e nevojshme ishin menduar për të akomoduar reaktorin dhe personelin.
Në fakt, projekti i një MRM premtuese ishte një nga ndërmarrjet më të guximshme të kohës së tij, dhe për këtë arsye çoi në zhvillimin dhe ndërtimin e një mase pajisjesh dhe instrumentesh provë unike. Të gjitha këto stenda bënë të mundur kryerjen e shumë eksperimenteve dhe mbledhjen e një sasie të madhe të të dhënave të llojeve të ndryshme, të përshtatshme për zhvillimin e projekteve të ndryshme.
Skema A
Kthehu në fund të viteve pesëdhjetë, versioni më i suksesshëm dhe premtues i llojit të motorit "A". Ky koncept propozoi ndërtimin e një reaktori bërthamor bazuar në një reaktor me shkëmbyes të nxehtësisë përgjegjës për ngrohjen e lëngut të gaztë të punës. Nxjerrja e këtij të fundit përmes hundës supozohej të krijonte shtytjen e kërkuar. Megjithë thjeshtësinë e konceptit, zbatimi i ideve të tilla u shoqërua me një numër vështirësish.
Modeli FA për reaktorin IR-100
Para së gjithash, u shfaq problemi i zgjedhjes së materialeve për ndërtimin e bërthamës. Dizajni i reaktorit duhej të përballonte ngarkesa të larta termike dhe të ruante forcën e kërkuar. Për më tepër, duhej të kalonte neutrone termike, por në të njëjtën kohë të mos humbiste karakteristikat për shkak të rrezatimit jonizues. Gjenerimi i pabarabartë i nxehtësisë në bërthamë gjithashtu pritej, gjë që vendosi kërkesa të reja në hartimin e tij.
Për të kërkuar zgjidhje dhe për të përsosur modelin, u organizua një punëtori e veçantë në NII-1, e cila duhej të bënte montime model karburanti dhe përbërës të tjerë thelbësorë. Në këtë fazë të punës, u testuan metale dhe lidhje të ndryshme, si dhe materiale të tjera. Për prodhimin e montimeve të karburantit, mund të përdoren tungsten, molibden, grafit, karabit me temperaturë të lartë, etj. Gjithashtu, u krye një kërkim për veshjet mbrojtëse për të parandaluar shkatërrimin e strukturës.
Gjatë eksperimenteve, u gjetën materialet optimale për prodhimin e përbërësve individualë të NRE. Për më tepër, ishte e mundur të konfirmohej mundësia themelore për të marrë një impuls specifik të rendit 850-900 s. Kjo i dha motorit premtues performancën më të lartë dhe një avantazh të rëndësishëm mbi sistemet e karburantit kimik.
Bërthama e reaktorit ishte një cilindër rreth 1 m i gjatë dhe 50 mm në diametër. Në të njëjtën kohë, ishte parashikuar të krijoheshin 26 variante të kuvendeve të karburantit me karakteristika të caktuara. Bazuar në rezultatet e testeve të mëvonshme, u zgjodhën ato më të suksesshmet dhe efektivët. Dizajni i gjetur i kuvendeve të karburantit parashikonte përdorimin e dy kompozimeve të karburantit. E para ishte një përzierje e uraniumit-235 (90%) me niobium ose karabit të zirkonit. Kjo përzierje u formua në formën e një shufre të përdredhur me katër rreze 100 mm të gjatë dhe 2.2 mm në diametër. Përbërja e dytë përbëhej nga uraniumi dhe grafiti; ishte bërë në formën e prizmave gjashtëkëndor të gjatë 100-200 mm me një kanal të brendshëm 1 mm që kishte një rreshtim. Shufrat dhe prizmat u vendosën në një kuti metalike të mbyllur rezistente ndaj nxehtësisë.
Testet e kuvendeve dhe elementeve në vendin e provës Semipalatinsk filluan në vitin 1962. Për dy vjet punë, u zhvilluan 41 fillestarë të reaktorëve. Para së gjithash, ne arritëm të gjejmë versionin më efektiv të përmbajtjes bazë. Të gjitha zgjidhjet dhe karakteristikat kryesore u konfirmuan gjithashtu. Në veçanti, të gjitha njësitë e reaktorit përballuan ngarkesa termike dhe rrezatimi. Kështu, u zbulua se reaktori i zhvilluar është i aftë të zgjidhë detyrën e tij kryesore - të ngrohë hidrogjenin e gaztë në 3000-3100 ° K në një normë të caktuar të rrjedhës. E gjithë kjo bëri të mundur fillimin e zhvillimit të një motori raketash bërthamore të plotë.
11B91 në "Baikal"
Në fillim të viteve gjashtëdhjetë, filloi puna për krijimin e një NRE të plotë bazuar në produktet dhe zhvillimet ekzistuese. Para së gjithash, NII-1 studioi mundësinë e krijimit të një familje të tërë motorësh raketash me parametra të ndryshëm, të përshtatshëm për përdorim në projekte të ndryshme të teknologjisë së raketave. Nga kjo familje, ata ishin të parët që projektuan dhe ndërtuan një motor me fuqi të ulët - 36 kN. Një produkt i tillë më vonë mund të përdoret në një fazë të sipërme premtuese, të përshtatshme për dërgimin e anijeve kozmike në trupat e tjerë qiellorë.
Reaktori IRGIT gjatë montimit
Në vitin 1966, NII-1 dhe Byroja e Dizajnit të Automatikës Kimike filluan punën e përbashkët për të formuar dhe dizajnuar motorin e ardhshëm të raketave bërthamore. Së shpejti motori mori indekset 11B91 dhe RD0410. Elementi i tij kryesor ishte një reaktor i quajtur IR-100. Më vonë, reaktori u emërua IRGIT ("Reaktori kërkimor për studimet në grup të TVEL"). Fillimisht, ishte planifikuar të krijoheshin dy projektues të ndryshëm bërthamorë. E para ishte një produkt eksperimental për testim në vendin e provës, dhe i dyti ishte një model fluturimi. Sidoqoftë, në vitin 1970, të dy projektet u kombinuan me qëllim të kryerjes së testeve në terren. Pas kësaj, KBHA u bë zhvilluesi kryesor i sistemit të ri.
Duke përdorur zhvillimet në kërkimet paraprake në fushën e shtytjes bërthamore, si dhe duke përdorur bazën ekzistuese të provës, ishte e mundur të përcaktohej shpejt pamja e së ardhmes 11B91 dhe të fillonte një dizajn teknik të plotë.
Në të njëjtën kohë, kompleksi i stolit "Baikal" u krijua për teste të ardhshme në vendin e provës. Motori i ri u propozua të testohej në një objekt nëntokësor me një gamë të plotë mbrojtjeje. U siguruan mjete për mbledhjen dhe vendosjen e lëngut të punës të gaztë. Për të shmangur emetimin e rrezatimit, gazi duhej të mbahej në mbajtës gashi, dhe vetëm pas kësaj ai mund të lëshohej në atmosferë. Për shkak të kompleksitetit të veçantë të punës, kompleksi Baikal ka qenë në ndërtim e sipër për rreth 15 vjet. Objektet e fundit të tij u përfunduan pas fillimit të testeve në të parën.
Në 1977, në kompleksin Baikal, u vu në punë një stacion i dytë pune për impiantet pilot, i pajisur me një mjet për të furnizuar një lëng pune në formën e hidrogjenit. Më 17 shtator, u krye lëshimi fizik i produktit 11B91. Fillimi i energjisë u zhvillua në 27 Mars 1978. Më 3 korrik dhe 11 gusht, u kryen dy teste zjarri me funksionimin e plotë të produktit si një reaktor bërthamor. Në këto teste, reaktori u soll gradualisht në fuqi prej 24, 33 dhe 42 MW. Hidrogjeni u ndez në 2630 ° K. Në fillim të viteve tetëdhjetë, dy prototipe të tjera u testuan. Ata treguan fuqi deri në 62-63 MW dhe gaz të nxehtë deri në 2500 ° K.
Projekti RD0410
Në fillim të viteve shtatëdhjetë dhe tetëdhjetë, ishte një çështje e krijimit të një NRM të plotë, plotësisht të përshtatshme për instalim në raketa ose faza të sipërme. Pamja përfundimtare e një produkti të tillë u formua, dhe testet në vendin e provës Semipalatinsk konfirmuan të gjitha karakteristikat kryesore të projektimit.
Motori i përfunduar RD0410 ishte dukshëm i ndryshëm nga produktet ekzistuese. Ajo u dallua nga përbërja e njësive, paraqitja dhe madje edhe pamja, për shkak të parimeve të tjera të funksionimit. Në fakt, RD0410 u nda në disa blloqe kryesore: një reaktor, mjete për të furnizuar një lëng pune dhe një shkëmbyes nxehtësie dhe një hundë. Reaktori kompakt zuri një pozicion qendror, dhe pjesa tjetër e pajisjeve u vendosën pranë tij. Gjithashtu, YARD kishte nevojë për një rezervuar të veçantë për hidrogjen të lëngshëm.
Lartësia e përgjithshme e produktit RD0410 / 11B91 arriti 3.5 m, diametri maksimal ishte 1.6 m. Pesha, duke marrë parasysh mbrojtjen nga rrezatimi, ishte 2 ton. Shtytja e llogaritur e motorit në zbrazëti arriti 35.2 kN ose 3.59 tf. Impulsi specifik në zbrazëti është 910 kgf • s / kg ose 8927 m / s. Motori mund të ndizet 10 herë. Burimi - 1 orë. Me anë të modifikimeve të caktuara në të ardhmen, ishte e mundur të rriteshin karakteristikat në nivelin e kërkuar.
Dihet se lëngu i nxehtë i punës i një reaktori të tillë bërthamor kishte radioaktivitet të kufizuar. Sidoqoftë, pas testeve, ajo u mbrojt dhe zona ku ndodhej stenda duhej të mbyllej për një ditë. Përdorimi i një motori të tillë në atmosferën e Tokës u konsiderua i pasigurt. Në të njëjtën kohë, mund të përdoret si pjesë e fazave të sipërme që fillojnë punën jashtë atmosferës. Pas përdorimit, blloqe të tilla duhet të dërgohen në orbitën e asgjësimit.
Në vitet gjashtëdhjetë, u shfaq ideja e krijimit të një termocentrali të bazuar në një reaktor bërthamor. Lëngu i nxehtë i punës mund të ushqehet me një turbinë të lidhur me një gjenerator. Termocentrale të tillë ishin me interes për zhvillimin e mëtejshëm të astronautikës, pasi ato bënë të mundur heqjen qafe të problemeve dhe kufizimeve ekzistuese në fushën e prodhimit të energjisë elektrike për pajisjet në bord.
Në vitet tetëdhjetë, ideja e një termocentrali arriti në fazën e projektimit. Një projekt i një produkti të tillë të bazuar në motorin RD0410 ishte duke u përpunuar. Një nga reaktorët eksperimental IR-100 / IRGIT u përfshi në eksperimente mbi këtë temë, gjatë të cilave siguroi funksionimin e një gjeneratori 200 kW.
Mjedis i ri
Puna kryesore teorike dhe praktike në temën e NRE Sovjetike me një bërthamë të fazës së ngurtë u përfundua në mesin e viteve tetëdhjetë. Industria mund të fillojë zhvillimin e një blloku përforcues ose teknologji tjetër të raketave dhe hapësirës për motorin ekzistues RD0410. Sidoqoftë, vepra të tilla nuk filluan kurrë në kohë, dhe së shpejti fillimi i tyre u bë i pamundur.
Në këtë kohë, industria hapësinore nuk kishte burime të mjaftueshme për zbatimin në kohë të të gjitha planeve dhe ideve. Për më tepër, Perestroika famëkeqe filloi së shpejti, e cila i dha fund masës së propozimeve dhe zhvillimeve. Reputacioni i teknologjisë bërthamore u prek rëndë nga aksidenti i Çernobilit. Së fundi, kishte probleme politike gjatë asaj periudhe. Në 1988, të gjitha punimet në YARD 11B91 / RD0410 u ndaluan.
Sipas burimeve të ndryshme, të paktën deri në fillim të viteve 2000, disa objekte të kompleksit Baikal mbetën ende në vendin e provës Semipalatinsk. Për më tepër, në një nga të ashtuquajturat. reaktori eksperimental ishte akoma i vendosur në vendin e punës. KBKhA arriti të prodhojë një motor të plotë RD0410, të përshtatshëm për instalim në një fazë të sipërme të ardhshme. Sidoqoftë, teknika e përdorimit të saj mbeti në plane.
Pas RD0410
Zhvillimet në temën e motorëve të raketave bërthamore kanë gjetur zbatim në një projekt të ri. Në 1992, një numër ndërmarrjesh ruse zhvilluan së bashku një motor me dy mënyra me një bërthamë të fazës së ngurtë dhe një lëng pune në formën e hidrogjenit. Në modalitetin e motorit raketë, një produkt i tillë duhet të zhvillojë një shtytje prej 70 kN me një impuls specifik prej 920 s, dhe mënyra e energjisë siguron 25 kW energji elektrike. Një NRE e tillë u propozua për përdorim në projektet e anijeve kozmike ndërplanetare.
Fatkeqësisht, në atë kohë situata nuk ishte e favorshme për krijimin e teknologjisë së re dhe të guximshme të raketave dhe hapësirës, dhe për këtë arsye versioni i dytë i motorit të raketave bërthamore mbeti në letër. Me sa dihet, ndërmarrjet vendase ende tregojnë një interes të caktuar për lëndën e NRE, por zbatimi i projekteve të tilla ende nuk duket i mundshëm ose i përshtatshëm. Sidoqoftë, duhet të theksohet se në kuadrin e projekteve të mëparshme, shkencëtarët dhe inxhinierët sovjetikë dhe rusë ishin në gjendje të grumbullonin një sasi të konsiderueshme informacioni dhe të fitonin përvojë të rëndësishme. Kjo do të thotë që kur lind një nevojë dhe lind një rend përkatës në vendin tonë, një NRE e re mund të krijohet e ngjashme me atë të testuar në të kaluarën.
