Trong quá khứ, các quốc gia hàng đầu đang tìm kiếm các giải pháp mới về cơ bản trong lĩnh vực động cơ cho tên lửa và công nghệ vũ trụ. Các đề xuất táo bạo nhất liên quan đến việc tạo ra cái gọi là. động cơ tên lửa hạt nhân dựa trên lò phản ứng vật liệu phân hạch. Ở nước ta, công việc theo hướng này đã cho kết quả thực sự dưới dạng một động cơ RD0410 thử nghiệm. Tuy nhiên, sản phẩm này đã không tìm được chỗ đứng trong các dự án đầy hứa hẹn và ảnh hưởng đến sự phát triển của ngành du hành vũ trụ trong nước và thế giới.
Đề xuất và dự án
Vào những năm 50, một vài năm trước khi phóng vệ tinh đầu tiên và một tàu vũ trụ có người lái, triển vọng phát triển động cơ tên lửa sử dụng nhiên liệu hóa học đã được xác định. Phương pháp thứ hai làm cho nó có thể thu được các đặc tính rất cao, nhưng sự phát triển của các tham số không thể là vô hạn. Trong tương lai, các động cơ phải "chạm trần" khả năng của chúng. Về vấn đề này, để phát triển thêm các hệ thống tên lửa và vũ trụ, về cơ bản cần phải có các giải pháp mới.
Được xây dựng, nhưng không được kiểm tra bởi RD0410 NRM
Năm 1955, viện sĩ M. V. Keldysh đã đưa ra sáng kiến tạo ra một động cơ tên lửa có thiết kế đặc biệt, trong đó một lò phản ứng hạt nhân sẽ hoạt động như một nguồn năng lượng. Việc phát triển ý tưởng này đã được giao cho NII-1 của Bộ Công nghiệp Hàng không; V. M. Ievlev. Trong thời gian ngắn nhất có thể, các chuyên gia đã giải quyết các vấn đề chính và đề xuất hai phương án cho một NRE đầy hứa hẹn với các đặc điểm tốt nhất.
Phiên bản đầu tiên của động cơ, được chỉ định là "Đề án A", đề xuất việc sử dụng một lò phản ứng với lõi pha rắn và các bề mặt trao đổi nhiệt rắn. Phương án thứ hai, "Sơ đồ B", dự kiến việc sử dụng một lò phản ứng có vùng hoạt động pha khí - chất phân hạch phải ở trạng thái plasma, và nhiệt năng được truyền sang chất lỏng hoạt động bằng bức xạ. Các chuyên gia đã so sánh hai phương án và cho rằng phương án "A" thành công hơn. Trong tương lai, chính anh ấy là người đã tập luyện tích cực nhất và thậm chí còn đạt được các bài kiểm tra chính thức.
Song song với việc tìm kiếm các thiết kế tối ưu của NRE, các vấn đề về việc tạo ra một cơ sở khoa học, sản xuất và thử nghiệm đã được giải quyết. Vì vậy, năm 1957 V. M. Ievlev đề xuất một khái niệm mới để thử nghiệm và tinh chỉnh. Tất cả các thành phần cấu trúc chính phải được thử nghiệm ở các giá đỡ khác nhau, và chỉ sau đó chúng mới có thể được lắp ráp thành một cấu trúc duy nhất. Trong trường hợp của Đề án A, cách tiếp cận này ngụ ý việc tạo ra các lò phản ứng quy mô đầy đủ để thử nghiệm.
Năm 1958, một nghị quyết chi tiết của Hội đồng Bộ trưởng xuất hiện, trong đó xác định quá trình làm việc tiếp theo. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov và S. P. Korolev. Tại NII-1, một bộ phận đặc biệt được thành lập, do V. M. Ievlev, người đã giải quyết một hướng đi mới. Ngoài ra, hàng chục tổ chức khoa học và thiết kế đã tham gia vào công việc này. Sự tham gia của Bộ Quốc phòng đã được lên kế hoạch. Lịch trình làm việc và các sắc thái khác của chương trình mở rộng đã được xác định.
Sau đó, tất cả những người tham gia dự án đã tích cực tương tác theo cách này hay cách khác. Ngoài ra, trong những năm sáu mươi, các hội nghị đã được tổ chức hai lần, dành riêng cho chủ đề vũ khí hạt nhân và các vấn đề liên quan.
Cơ sở thử nghiệm
Là một phần của chương trình phát triển NRE, nó được đề xuất áp dụng một cách tiếp cận mới để kiểm tra và thử nghiệm các đơn vị cần thiết. Đồng thời, các chuyên gia phải đối mặt với một vấn đề nghiêm trọng. Việc xác minh một số sản phẩm được cho là được thực hiện trong lò phản ứng hạt nhân, nhưng việc thực hiện các hoạt động như vậy là vô cùng khó khăn, thậm chí là không thể. Việc kiểm tra có thể bị cản trở bởi những khó khăn về kinh tế, tổ chức hoặc môi trường.
Sơ đồ lắp ráp nhiên liệu cho IR-100
Về vấn đề này, các phương pháp thử nghiệm sản phẩm mới đã được phát triển mà không cần sử dụng lò phản ứng hạt nhân. Việc kiểm tra như vậy được chia thành ba giai đoạn. Việc đầu tiên liên quan đến việc nghiên cứu các quá trình trong lò phản ứng trên các mô hình. Sau đó, các thành phần của lò phản ứng hoặc động cơ phải vượt qua các bài kiểm tra "nguội" về cơ khí và thủy lực. Chỉ sau đó, các bộ phận lắp ráp mới phải được kiểm tra trong điều kiện nhiệt độ cao. Riêng biệt, sau khi nghiên cứu tất cả các thành phần của NRE tại khán đài, có thể bắt đầu lắp ráp một lò phản ứng hoặc động cơ thử nghiệm chính thức.
Để thực hiện kiểm tra ba giai đoạn của các đơn vị, một số doanh nghiệp đã phát triển và xây dựng các gian hàng khác nhau. Kỹ thuật kiểm tra nhiệt độ cao được quan tâm đặc biệt. Trong quá trình phát triển của nó, cần phải tạo ra các công nghệ mới để đốt nóng khí. Từ năm 1959 đến năm 1972, NII-1 đã phát triển một số plasmatron năng lượng cao có thể đốt nóng khí lên đến 3000 ° K và giúp nó có thể thực hiện các thử nghiệm ở nhiệt độ cao.
Đặc biệt để phát triển "Đề án B", cần phải phát triển các thiết bị phức tạp hơn nữa. Đối với những nhiệm vụ như vậy, cần phải có một plasmatron với áp suất đầu ra hàng trăm atm và nhiệt độ 10-15 nghìn K. Đến cuối những năm 60, công nghệ đốt nóng khí dựa trên sự tương tác của nó với các chùm điện tử đã xuất hiện. có thể đạt được các đặc tính cần thiết.
Nghị quyết của Hội đồng Bộ trưởng quy định việc xây dựng một cơ sở mới tại bãi thử Semipalatinsk. Ở đó, cần phải xây dựng một băng thử nghiệm và một lò phản ứng thử nghiệm để thử nghiệm thêm các cụm nhiên liệu và các thành phần khác của NRE. Tất cả các cấu trúc chính được xây dựng vào năm 1961, đồng thời với việc khởi động lò phản ứng đầu tiên. Sau đó, thiết bị đa giác đã được tinh chỉnh và cải tiến nhiều lần. Một số boongke dưới lòng đất với các biện pháp bảo vệ cần thiết được thiết kế để chứa lò phản ứng và nhân viên.
Trên thực tế, dự án về một NRM đầy hứa hẹn là một trong những cam kết táo bạo nhất vào thời đó, và do đó đã dẫn đến việc phát triển và chế tạo một loạt các thiết bị và dụng cụ thử nghiệm độc đáo. Tất cả những giá đỡ này giúp bạn có thể thực hiện rất nhiều thí nghiệm và thu thập một lượng lớn dữ liệu thuộc nhiều loại khác nhau, phù hợp cho sự phát triển của các dự án khác nhau.
"Đề án A"
Trở lại những năm cuối thập niên 50, phiên bản thành công và hứa hẹn nhất của loại động cơ "A". Khái niệm này đề xuất việc xây dựng một lò phản ứng hạt nhân dựa trên một lò phản ứng với các bộ trao đổi nhiệt chịu trách nhiệm đốt nóng chất lỏng làm việc ở dạng khí. Việc đẩy cái sau qua vòi phun được cho là tạo ra lực đẩy cần thiết. Mặc dù khái niệm đơn giản nhưng việc thực hiện những ý tưởng như vậy có một số khó khăn.
Mô hình FA cho lò phản ứng IR-100
Trước hết, vấn đề về sự lựa chọn vật liệu cho việc xây dựng cốt lõi đã nảy sinh. Thiết kế của lò phản ứng phải chịu được tải nhiệt cao và duy trì độ bền cần thiết. Ngoài ra, nó phải vượt qua các nơtron nhiệt, nhưng đồng thời không bị mất các đặc tính do bức xạ ion hóa. Sự sinh nhiệt không đều trong lõi cũng được mong đợi, điều này đặt ra những yêu cầu mới đối với thiết kế của nó.
Để tìm kiếm các giải pháp và hoàn thiện thiết kế, một hội thảo đặc biệt đã được tổ chức tại NII-1, nhằm chế tạo các cụm nhiên liệu mô hình và các thành phần cốt lõi khác. Ở giai đoạn này của công việc, các kim loại và hợp kim khác nhau, cũng như các vật liệu khác, đã được thử nghiệm. Để sản xuất các cụm nhiên liệu, có thể sử dụng vonfram, molypden, graphit, cacbua nhiệt độ cao, v.v. Ngoài ra, một cuộc tìm kiếm các lớp phủ bảo vệ đã được thực hiện để ngăn chặn sự phá hủy cấu trúc.
Trong quá trình thử nghiệm, các vật liệu tối ưu để sản xuất các thành phần riêng lẻ của NRE đã được tìm thấy. Ngoài ra, có thể xác nhận khả năng cơ bản thu được một xung cụ thể theo thứ tự 850-900 s. Điều này đã mang lại cho động cơ đầy hứa hẹn hiệu suất cao nhất và lợi thế đáng kể so với hệ thống nhiên liệu hóa học.
Lõi lò phản ứng là một hình trụ dài khoảng 1 m và đường kính 50 mm. Đồng thời, dự kiến sẽ tạo ra 26 biến thể của cụm nhiên liệu với một số tính năng nhất định. Dựa trên kết quả của các thử nghiệm tiếp theo, những thử nghiệm thành công và hiệu quả nhất đã được lựa chọn. Thiết kế được tìm thấy của các cụm nhiên liệu được cung cấp để sử dụng hai chế phẩm nhiên liệu. Đầu tiên là hỗn hợp của uranium-235 (90%) với niobi hoặc zirconium carbide. Hỗn hợp này được đúc dưới dạng một thanh xoắn bốn chùm dài 100 mm và đường kính 2,2 mm. Thành phần thứ hai bao gồm uranium và graphite; nó được làm ở dạng lăng trụ lục giác dài 100-200 mm với rãnh bên trong 1 mm có lớp lót. Các thanh và lăng kính được đặt trong một hộp kim loại chịu nhiệt kín.
Các cuộc thử nghiệm các cụm và phần tử tại bãi thử Semipalatinsk bắt đầu vào năm 1962. Trong hai năm làm việc, 41 lần khởi động lò phản ứng đã diễn ra. Trước hết, chúng tôi đã cố gắng tìm ra phiên bản hiệu quả nhất của nội dung cốt lõi. Tất cả các giải pháp và đặc điểm chính cũng đã được xác nhận. Đặc biệt, tất cả các tổ máy của lò phản ứng đều phải ứng phó với tải nhiệt và bức xạ. Do đó, người ta thấy rằng lò phản ứng được phát triển có khả năng giải quyết nhiệm vụ chính của nó - đốt nóng hydro ở dạng khí đến 3000-3100 ° K ở một tốc độ dòng nhất định. Tất cả những điều này đã giúp nó có thể bắt đầu phát triển một động cơ tên lửa hạt nhân chính thức.
11B91 trên "Baikal"
Vào đầu những năm 60, công việc bắt đầu nhằm tạo ra một NRE chính thức dựa trên các sản phẩm và sự phát triển hiện có. Trước hết, NII-1 đã nghiên cứu khả năng tạo ra cả một họ động cơ tên lửa với các thông số khác nhau, phù hợp để sử dụng cho các dự án công nghệ tên lửa khác nhau. Từ gia đình này, họ là những người đầu tiên thiết kế và chế tạo động cơ có lực đẩy thấp - 36 kN. Một sản phẩm như vậy sau này có thể được sử dụng trong giai đoạn trên đầy hứa hẹn, thích hợp để đưa tàu vũ trụ đến các thiên thể khác.
Lò phản ứng IRGIT trong quá trình lắp ráp
Năm 1966, NII-1 và Cục Thiết kế Tự động Hóa học bắt đầu làm việc chung để định hình và thiết kế động cơ tên lửa hạt nhân trong tương lai. Ngay sau đó động cơ nhận được chỉ số 11B91 và RD0410. Yếu tố chính của nó là một lò phản ứng có tên IR-100. Sau đó, lò phản ứng này được đặt tên là IRGIT ("Lò phản ứng nghiên cứu cho các nghiên cứu nhóm của TVEL"). Ban đầu, người ta dự định tạo ra hai máy chiếu hạt nhân khác nhau. Đầu tiên là sản phẩm thử nghiệm để thử nghiệm tại bãi thử, thứ hai là mô hình bay. Tuy nhiên, vào năm 1970, hai dự án được kết hợp với mục đích tiến hành các cuộc thử nghiệm hiện trường. Sau đó, KBHA trở thành nhà phát triển hàng đầu của hệ thống mới.
Sử dụng những phát triển trong nghiên cứu sơ bộ trong lĩnh vực động cơ đẩy hạt nhân, cũng như sử dụng cơ sở thử nghiệm hiện có, có thể nhanh chóng xác định diện mạo của 11B91 trong tương lai và bắt đầu thiết kế kỹ thuật chính thức.
Đồng thời, tổ hợp băng ghế "Baikal" được tạo ra để phục vụ cho các thử nghiệm trong tương lai tại địa điểm thử nghiệm. Động cơ mới được đề xuất thử nghiệm trong một cơ sở dưới lòng đất với đầy đủ các biện pháp bảo vệ. Các phương tiện để thu thập và lắng chất lỏng làm việc ở dạng khí đã được cung cấp. Để tránh phát ra bức xạ, khí phải được giữ trong các tủ chứa khí, và chỉ sau đó nó mới được thải vào khí quyển. Do đặc thù công việc phức tạp, khu phức hợp Baikal đã được xây dựng trong khoảng 15 năm. Đối tượng cuối cùng của nó đã được hoàn thành sau khi bắt đầu thử nghiệm đối với đối tượng đầu tiên.
Năm 1977, tại khu phức hợp Baikal, một trạm làm việc thứ hai cho các nhà máy thí điểm đã được đưa vào hoạt động, được trang bị phương tiện cung cấp chất lỏng hoạt động ở dạng hydro. Vào ngày 17 tháng 9, buổi ra mắt thực tế của sản phẩm 11B91 đã được thực hiện. Khởi động điện diễn ra vào ngày 27/3/1978. Vào ngày 3/7 và 11/8, hai cuộc thử lửa đã được thực hiện với hoạt động hoàn toàn của sản phẩm như một lò phản ứng hạt nhân. Trong các thử nghiệm này, lò phản ứng dần dần được đưa lên công suất 24, 33 và 42 MW. Hiđro được đun nóng đến 2630 ° K. Vào đầu những năm 80, hai nguyên mẫu khác đã được thử nghiệm. Họ cho thấy công suất lên đến 62-63 MW và khí đốt nóng lên đến 2500 ° K.
Dự án RD0410
Vào đầu những năm 70 và 80, vấn đề đặt ra là tạo ra một NRM chính thức, hoàn toàn phù hợp để lắp đặt trên tên lửa hoặc các tầng trên. Sự xuất hiện cuối cùng của một sản phẩm như vậy đã được hình thành, và các cuộc thử nghiệm tại địa điểm thử nghiệm Semipalatinsk đã xác nhận tất cả các đặc điểm thiết kế chính.
Động cơ RD0410 đã hoàn thiện có sự khác biệt đáng kể so với các sản phẩm hiện có. Nó được phân biệt bởi thành phần của các đơn vị, cách bố trí và thậm chí cả hình thức bên ngoài, do các nguyên tắc hoạt động khác. Trên thực tế, RD0410 được chia thành nhiều khối chính: một lò phản ứng, có nghĩa là cung cấp chất lỏng hoạt động và bộ trao đổi nhiệt và vòi phun. Lò phản ứng nhỏ gọn chiếm vị trí trung tâm, và phần còn lại của các thiết bị được đặt bên cạnh nó. Ngoài ra, YARD cần một bể chứa hydro lỏng riêng biệt.
Tổng chiều cao của sản phẩm RD0410 / 11B91 đạt 3,5 m, đường kính tối đa 1,6 m, trọng lượng có tính đến khả năng chống bức xạ là 2 tấn. Lực đẩy tính toán của động cơ trong khoảng trống đạt 35,2 kN hoặc 3,59 tf. Xung cụ thể trong khoảng trống là 910 kgf • s / kg hoặc 8927 m / s. Động cơ có thể được bật 10 lần. Tài nguyên - 1 giờ. Bằng một số sửa đổi nhất định trong tương lai, có thể tăng các đặc tính lên mức cần thiết.
Người ta biết rằng chất lỏng làm việc được đốt nóng của một lò phản ứng hạt nhân như vậy có độ phóng xạ hạn chế. Tuy nhiên, sau các cuộc kiểm tra, nó đã được bảo vệ và khu vực đặt khán đài phải đóng cửa trong một ngày. Việc sử dụng một động cơ như vậy trong bầu khí quyển của Trái đất được coi là không an toàn. Đồng thời, nó có thể được sử dụng như một phần của các giai đoạn trên bắt đầu hoạt động bên ngoài khí quyển. Sau khi sử dụng, các khối như vậy sẽ được gửi đến quỹ đạo thải bỏ.
Trở lại những năm 60, ý tưởng tạo ra một nhà máy điện dựa trên lò phản ứng hạt nhân đã xuất hiện. Chất lỏng làm việc được làm nóng có thể được cung cấp cho tuabin kết nối với máy phát điện. Các nhà máy điện như vậy rất quan tâm đến sự phát triển hơn nữa của du hành vũ trụ, vì chúng có thể giúp loại bỏ các vấn đề và hạn chế hiện có trong lĩnh vực sản xuất điện cho các thiết bị trên tàu.
Vào những năm tám mươi, ý tưởng về một nhà máy điện đã đến giai đoạn thiết kế. Một dự án về một sản phẩm như vậy dựa trên động cơ RD0410 đang được thực hiện. Một trong những lò phản ứng thử nghiệm IR-100 / IRGIT đã tham gia vào các thí nghiệm về chủ đề này, trong đó nó cung cấp hoạt động của một máy phát điện 200 kW.
Môi trường mới
Công trình lý thuyết và thực tiễn chính về chủ đề NRE của Liên Xô với lõi pha rắn được hoàn thành vào giữa những năm tám mươi. Ngành công nghiệp có thể bắt đầu phát triển khối tăng áp hoặc tên lửa và công nghệ vũ trụ khác cho động cơ RD0410 hiện có. Tuy nhiên, những công trình như vậy không bao giờ được khởi công đúng thời hạn, và chẳng bao lâu việc bắt đầu của chúng trở nên bất khả thi.
Vào thời điểm này, ngành công nghiệp vũ trụ không có đủ nguồn lực để thực hiện kịp thời mọi kế hoạch và ý tưởng. Ngoài ra, Perestroika khét tiếng sớm bắt đầu, chấm dứt hàng loạt các đề xuất và phát triển. Danh tiếng của công nghệ hạt nhân đã bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi vụ tai nạn Chernobyl. Cuối cùng, có những vấn đề chính trị trong thời kỳ đó. Năm 1988, tất cả công việc trên YARD 11B91 / RD0410 đã bị dừng lại.
Theo nhiều nguồn tin khác nhau, ít nhất cho đến đầu những năm 2000, một số vật thể của tổ hợp Baikal vẫn nằm yên tại bãi thử Semipalatinsk. Hơn nữa, trên một trong những cái gọi là. lò phản ứng thử nghiệm vẫn được đặt tại nơi làm việc. KBKhA đã quản lý để sản xuất một động cơ RD0410 chính thức, phù hợp để lắp đặt ở tầng trên trong tương lai. Tuy nhiên, kỹ thuật sử dụng nó vẫn còn trong các kế hoạch.
Sau RD0410
Những phát triển về chủ đề động cơ tên lửa hạt nhân đã được ứng dụng trong một dự án mới. Năm 1992, một số doanh nghiệp Nga đã cùng nhau phát triển động cơ hai chế độ với lõi pha rắn và chất lỏng làm việc ở dạng hydro. Trong chế độ động cơ tên lửa, một sản phẩm như vậy sẽ phát triển một lực đẩy 70 kN với xung cụ thể là 920 s và chế độ công suất cung cấp 25 kW công suất điện. Một NRE như vậy đã được đề xuất để sử dụng trong các dự án tàu vũ trụ liên hành tinh.
Thật không may, vào thời điểm đó, tình hình không có lợi cho việc tạo ra tên lửa và công nghệ vũ trụ mới và táo bạo, và do đó phiên bản thứ hai của động cơ tên lửa hạt nhân vẫn còn trên giấy. Theo tìm hiểu được biết, các doanh nghiệp trong nước vẫn thể hiện sự quan tâm nhất định đến chủ đề tài nguyên thiên nhiên, nhưng việc triển khai các dự án này dường như vẫn chưa khả thi hoặc chưa được thực hiện. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trong khuôn khổ các dự án trước đó, các nhà khoa học và kỹ sư Liên Xô và Nga đã có thể tích lũy một lượng thông tin đáng kể và có được những kinh nghiệm quan trọng. Điều này có nghĩa là khi có nhu cầu và đơn đặt hàng tương ứng phát sinh ở nước ta, NRE mới có thể được tạo ra tương tự như đơn đặt hàng đã thử nghiệm trước đây.
