در گذشته ، کشورهای پیشرو به دنبال راه حل های اساسی جدیدی در زمینه موتورهای موشکی و فناوری فضایی بودند. جسورانه ترین پیشنهادات مربوط به ایجاد به اصطلاح. موتورهای موشک هسته ای بر اساس راکتور مواد شکافت پذیر در کشور ما ، کار در این جهت نتایج واقعی را در قالب یک موتور آزمایشی RD0410 به دست آورد. با این وجود ، این محصول نتوانست جای خود را در پروژه های امیدوار کننده پیدا کند و بر توسعه فضانوردان داخلی و جهانی تأثیر بگذارد.
پیشنهادات و پروژه ها
در دهه پنجاه ، چند سال قبل از پرتاب اولین ماهواره و فضاپیمای سرنشین دار ، چشم اندازهای توسعه موتورهای موشک بر روی سوخت شیمیایی مشخص شد. دومی امکان دستیابی به ویژگی های بسیار بالا را فراهم کرد ، اما رشد پارامترها نمی تواند بی نهایت باشد. در آینده ، موتورها باید "به سقف" توانایی های خود ضربه بزنند. در این راستا ، برای توسعه بیشتر سیستم های موشکی و فضایی ، اساساً راه حل های جدیدی مورد نیاز بود.
ساخته شده است ، اما توسط RD0410 NRM آزمایش نشده است
در سال 1955 ، دانشگاهی M. V. کلدیش با ایجاد یک موتور موشک با طراحی خاص ، در آن یک راکتور هسته ای به عنوان منبع انرژی عمل می کند. توسعه این ایده به NII-1 وزارت صنعت هوانوردی واگذار شد. V. M. ایولف. در کوتاه ترین زمان ممکن ، متخصصان مسائل اصلی را بررسی کرده و دو گزینه را برای NRE امیدوار کننده با بهترین ویژگی ها پیشنهاد کردند.
اولین نسخه از موتور ، با عنوان "طرح A" ، استفاده از راکتور با هسته فاز جامد و سطوح تبادل حرارتی جامد را پیشنهاد کرد. گزینه دوم ، "طرح B" ، استفاده از راکتور با منطقه فعال فاز گازی را پیش بینی می کرد - ماده شکافت پذیر باید در حالت پلاسما باشد و انرژی حرارتی با استفاده از تابش به سیال کار منتقل می شود. کارشناسان این دو طرح را مقایسه کرده و گزینه "A" را موفق تر می دانند. در آینده ، این او بود که بیشترین فعالیت را داشت و حتی به آزمایشات کامل رسید.
به موازات جستجوی طرح های بهینه NRE ، مسائل ایجاد یک پایگاه علمی ، تولیدی و آزمایشی در حال بررسی بود. بنابراین ، در سال 1957 V. M. ایولف مفهوم جدیدی را برای آزمایش و تنظیم دقیق پیشنهاد کرد. همه عناصر ساختاری اصلی باید در غرفه های مختلف آزمایش شوند و تنها پس از آن می توان آنها را در یک ساختار واحد جمع کرد. در مورد طرح A ، این رویکرد متضمن ایجاد راکتورهای مقیاس کامل برای آزمایش بود.
در سال 1958 ، قطعنامه مفصل شورای وزیران ظاهر شد ، که مسیر کارهای بعدی را تعیین کرد. M. V. کلدیش ، I. V. کورچاتوف و S. P. کورولف. در NII-1 ، یک بخش ویژه تشکیل شد ، به سرپرستی V. M. ایولف ، که قرار بود با مسیر جدیدی برخورد کند. همچنین ، ده ها سازمان علمی و طراحی در کار شرکت داشتند. مشارکت وزارت دفاع برنامه ریزی شده بود. برنامه کاری و سایر تفاوت های ظریف برنامه گسترده تعیین شد.
متعاقباً ، همه شرکت کنندگان در پروژه به گونه ای فعالانه با هم تعامل داشتند. علاوه بر این ، در دهه شصت ، دو بار کنفرانس هایی برگزار شد که منحصراً به موضوع سلاح های هسته ای و مسائل مربوط به آن اختصاص داشت.
پایه تست
به عنوان بخشی از برنامه توسعه NRE ، پیشنهاد شد که یک روش جدید برای آزمایش و آزمایش واحدهای لازم اعمال شود. در همان زمان ، متخصصان با مشکل جدی روبرو شدند. تأیید برخی از محصولات قرار بود در راکتور هسته ای انجام شود ، اما انجام چنین فعالیتهایی بسیار دشوار یا حتی غیرممکن بود. آزمایش می تواند با مشکلات اقتصادی ، سازمانی یا زیست محیطی مختل شود.
نمودار مونتاژ سوخت IR-100
در این راستا ، روشهای جدیدی برای آزمایش محصولات بدون استفاده از راکتورهای هسته ای ایجاد شد. چنین بررسی هایی به سه مرحله تقسیم شد. اولین مورد مطالعه فرآیندهای راکتور بر روی مدلها بود. سپس اجزای راکتور یا موتور باید آزمایشات "سرد" مکانیکی و هیدرولیکی را پشت سر بگذارند. فقط در این صورت مجبور بودیم مجموعه ها را در شرایط دمای بالا بررسی کنیم. به طور جداگانه ، با پردازش تمام اجزای NRE در غرفه ها ، امکان مونتاژ یک راکتور یا موتور آزمایشی کامل وجود داشت.
برای انجام آزمایشات سه مرحله ای واحدها ، چندین شرکت غرفه های مختلفی را توسعه داده و ساخته اند. تکنیک آزمایش درجه حرارت بالا از علاقه خاصی برخوردار است. در طول توسعه آن ، ایجاد فناوری های جدید برای گرمایش گازها ضروری بود. از سال 1959 تا 1972 ، NII-1 تعدادی پلاسمترون با قدرت بالا ایجاد کرد که گازها را تا 3000 درجه K گرم می کرد و امکان انجام آزمایشات در دمای بالا را فراهم کرد.
به ویژه برای توسعه "طرح B" ، توسعه دستگاههای پیچیده تر ضروری بود. برای چنین کارهایی ، یک پلاسماترون با فشار خروجی صدها اتمسفر و دمای 10-15 هزار کیلوگرم مورد نیاز بود. در پایان دهه شصت ، فناوری گرمایش گاز بر اساس تعامل آن با پرتوهای الکترون ظاهر شد ، که باعث شد امکان دستیابی به ویژگی های مورد نیاز
در قطعنامه شورای وزیران احداث تاسیسات جدید در محل آزمایش سمیپالاتینسک پیش بینی شده بود. در آنجا لازم بود که یک نیمکت آزمایشی و یک راکتور آزمایشی برای آزمایش بیشتر مجموعه های سوخت و سایر اجزای NRE ساخته شود. تمام سازه های اصلی تا سال 1961 ساخته شد و در همان زمان اولین راه اندازی راکتور انجام شد. سپس تجهیزات چند ضلعی چندین بار اصلاح و بهبود یافتند. چندین سنگر زیرزمینی با حفاظت لازم برای اسکان راکتور و پرسنل در نظر گرفته شده بود.
در واقع ، پروژه NRM امیدوارکننده یکی از متهورترین اقدامات زمان خود بود و بنابراین منجر به توسعه و ساخت انبوهی از دستگاه ها و ابزارهای آزمایشی منحصر به فرد شد. همه این غرفه ها امکان انجام آزمایش های زیاد و جمع آوری حجم زیادی از داده ها از انواع مختلف ، مناسب برای توسعه پروژه های مختلف را فراهم کرد.
طرح A
در اواخر دهه پنجاه ، موفق ترین و امیدوار کننده ترین نسخه از نوع موتور "A" بود. این مفهوم پیشنهاد ساخت یک راکتور هسته ای بر اساس یک راکتور با مبدل های حرارتی که مسئول گرمایش سیال گازی است را پیشنهاد کرد. خروج دومی از طریق نازل قرار بود رانش مورد نیاز را ایجاد کند. علیرغم سادگی مفهوم ، اجرای چنین ایده هایی با تعدادی از مشکلات همراه بود.
مدل FA برای راکتور IR-100
اول از همه ، مشکل انتخاب مواد برای ساخت هسته بوجود آمد. طراحی راکتور باید بارهای حرارتی زیادی را تحمل کند و مقاومت مورد نیاز را حفظ کند. علاوه بر این ، باید نوترون های حرارتی را عبور می داد ، اما در عین حال به دلیل تابش یونیزه کننده ویژگی های خود را از دست نمی داد. تولید گرمای ناهموار در هسته نیز مورد انتظار بود ، که خواسته های جدیدی را در طراحی آن ایجاد کرد.
برای جستجوی راه حل ها و اصلاح طرح ، یک کارگاه ویژه در NII-1 تشکیل شد که قرار بود مجموعه های سوخت مدل و دیگر اجزای اصلی را بسازد. در این مرحله از کار ، فلزات و آلیاژهای مختلف و همچنین سایر مواد مورد آزمایش قرار گرفت. برای تولید مجموعه های سوخت می توان از تنگستن ، مولیبدن ، گرافیت ، کاربیدهای درجه حرارت بالا و غیره استفاده کرد.همچنین ، برای جلوگیری از تخریب سازه ، جستجو برای پوشش های محافظ انجام شد.
در طول آزمایشات ، مواد بهینه برای تولید اجزای فردی NRE پیدا شد. علاوه بر این ، امکان تأیید امکان اساسی برای به دست آوردن یک انگیزه خاص از ترتیب 850-900 ثانیه وجود داشت. این به موتور امیدوار کننده بالاترین عملکرد و مزیت قابل توجهی را نسبت به سیستم های سوخت شیمیایی داد.
هسته راکتور استوانه ای به طول 1 متر و قطر 50 میلی متر بود. در همان زمان ، پیش بینی شده بود که 26 نوع مجموعه سوخت با ویژگی های خاص ایجاد شود. بر اساس نتایج آزمایشات بعدی ، موفق ترین و م onesثرترین آنها انتخاب شدند. طراحی پیدا شده مجموعه های سوخت برای استفاده از دو ترکیب سوخت ارائه شده است. اولین مورد مخلوطی از اورانیوم 235 (90٪) با نیوبیوم یا کاربید زیرکونیوم بود. این مخلوط به شکل یک میله پیچ خورده چهار پرتو به طول 100 میلی متر و قطر 2.2 میلی متر قالب گیری شد. ترکیب دوم شامل اورانیوم و گرافیت بود. این به شکل منشورهای شش ضلعی به طول 100-200 میلی متر با یک کانال داخلی 1 میلی متری که دارای یک روکش بود ساخته شد. میله ها و منشور در یک قاب فلزی مقاوم در برابر حرارت قرار داده شده است.
آزمایش مجموعه ها و عناصر در محل آزمایش Semipalatinsk در سال 1962 آغاز شد. برای دو سال کار ، 41 راه اندازی راکتور انجام شد. اول از همه ، ما موفق شدیم م effectiveثرترین نسخه محتوای اصلی را پیدا کنیم. همه راه حل ها و ویژگی های اصلی نیز تأیید شد. به طور خاص ، تمام واحدهای راکتور با بارهای حرارتی و تابشی مقابله کردند. بنابراین ، مشخص شد که راکتور توسعه یافته قادر به حل وظیفه اصلی خود است - گرم کردن هیدروژن گازی تا 3000-3100 درجه سانتیگراد با سرعت جریان معین. همه اینها باعث شد که بتوانیم یک موتور موشک هسته ای کامل را توسعه دهیم.
11B91 در "بایکال"
در اوایل دهه شصت ، کار بر روی ایجاد یک NRE کامل بر اساس محصولات و پیشرفتهای موجود آغاز شد. اول از همه ، NII-1 امکان ایجاد یک خانواده کامل از موتورهای موشک با پارامترهای مختلف ، مناسب برای استفاده در پروژه های مختلف فناوری موشک را مورد مطالعه قرار داد. از این خانواده ، آنها اولین کسانی بودند که یک موتور کم رانش - 36 کیلو نیوتن طراحی و ساختند. چنین محصولی بعداً می تواند در مرحله بالایی امیدوارکننده مورد استفاده قرار گیرد ، مناسب برای ارسال فضاپیما به سایر اجرام آسمانی.
راکتور IRGIT در حین مونتاژ
در سال 1966 ، NII-1 و دفتر طراحی اتوماتیک شیمیایی کار مشترکی را برای شکل دادن و طراحی موتور موشک هسته ای آینده آغاز کردند. به زودی موتور شاخص های 11B91 و RD0410 را دریافت کرد. عنصر اصلی آن راکتوری به نام IR-100 بود. بعداً ، راکتور IRGIT نامیده شد ("راکتور تحقیقاتی برای مطالعات گروهی TVEL"). در ابتدا ، برنامه ریزی شده بود که دو پروژکتور هسته ای متفاوت ایجاد شود. اولین محصول آزمایشی برای آزمایش در محل آزمایش بود ، و دومی یک مدل پرواز بود. با این حال ، در سال 1970 ، دو پروژه با هدف انجام آزمایشات میدانی ترکیب شدند. پس از آن ، KBHA توسعه دهنده اصلی سیستم جدید شد.
با استفاده از تحولات تحقیقات اولیه در زمینه پیشرانه هسته ای و همچنین استفاده از پایگاه آزمایشی موجود ، می توان به سرعت ظاهر 11B91 آینده را تعیین کرد و یک طراحی فنی کامل را آغاز کرد.
در همان زمان ، مجموعه نیمکت "بایکال" برای آزمایشات بعدی در محل آزمایش ایجاد شد. موتور جدید پیشنهاد شد تا در تاسیسات زیرزمینی با طیف وسیعی از حفاظت آزمایش شود. ابزارهایی برای جمع آوری و ته نشینی مایع کاری گازی فراهم شد. به منظور جلوگیری از انتشار تابش ، گاز باید در گلخانه ها نگهداری شود و تنها پس از آن می توان آن را در جو آزاد کرد. با توجه به پیچیدگی خاص کار ، مجموعه بایکال حدود 15 سال است که در دست ساخت است. آخرین اجسام آن پس از شروع آزمایش بر روی اولین مورد تکمیل شد.
در سال 1977 ، در مجتمع بایکال ، یک ایستگاه کاری دوم برای کارخانه های آزمایشی راه اندازی شد ، مجهز به وسیله ای برای تامین سیال کار به شکل هیدروژن. در 17 سپتامبر ، راه اندازی فیزیکی محصول 11B91 انجام شد. راه اندازی نیرو در 27 مارس 1978 انجام شد. در 3 ژوئیه و 11 آگوست ، دو آزمایش آتش با عملکرد کامل محصول به عنوان راکتور هسته ای انجام شد. در این آزمایشها ، راکتور بتدریج به قدرت 24 ، 33 و 42 مگاوات رسید. هیدروژن تا 2630 درجه سانتیگراد گرم شد. در اوایل دهه هشتاد ، دو نمونه اولیه دیگر مورد آزمایش قرار گرفت. آنها قدرت را تا 62-63 مگاوات و گاز را تا 2500 درجه سانتیگراد گرم کردند.
پروژه RD0410
در آغاز دهه های هفتاد و هشتاد ، بحث ایجاد NRM تمام عیار ، کاملاً مناسب برای نصب بر روی موشک ها یا مراحل بالا بود. ظاهر نهایی چنین محصولی شکل گرفت و آزمایشات در محل آزمایش Semipalatinsk تمام ویژگی های اصلی طراحی را تأیید کرد.
موتور RD0410 به پایان رسید تفاوت قابل توجهی با محصولات موجود داشت. با توجه به اصول دیگر عملکرد ، ترکیب واحدها ، طرح و حتی ظاهر آن متمایز شد. در حقیقت ، RD0410 به چندین بلوک اصلی تقسیم شد: راکتور ، وسیله ای برای تأمین سیال در حال کار و مبدل حرارتی و نازل. راکتور فشرده یک موقعیت مرکزی را اشغال کرد و بقیه دستگاه ها در کنار آن قرار گرفتند. همچنین ، YARD به یک مخزن جداگانه برای هیدروژن مایع نیاز داشت.
ارتفاع کلی محصول RD0410 / 11B91 به 3.5 متر رسید ، حداکثر قطر آن 1.6 متر بود. وزن با در نظر گرفتن حفاظت در برابر اشعه 2 تن بود. نیروی محاسبه شده موتور در فضای خالی به 35.2 کیلو نیوتن متر یا 3.59 tf رسید. ضربه خاص در خلأ 910 kgf • s / kg یا 8927 m / s است. موتور را می توان 10 بار روشن کرد. منبع - 1 ساعت. با استفاده از تغییرات خاص در آینده ، امکان افزایش ویژگی ها به سطح مورد نیاز وجود داشت.
مشخص است که مایع گرم شده چنین راکتور هسته ای دارای رادیواکتیویته محدودی است. با این وجود ، پس از آزمایشات ، از آن دفاع شد و منطقه ای که غرفه در آن قرار داشت باید به مدت یک روز بسته شود. استفاده از چنین موتوری در جو زمین ناامن تلقی شد. در عین حال ، می تواند به عنوان بخشی از مراحل فوقانی که کار خارج از جو را آغاز می کند ، مورد استفاده قرار گیرد. پس از استفاده ، چنین بلوک هایی باید به مدار دفع ارسال شوند.
در دهه شصت ، ایده ایجاد نیروگاه بر اساس راکتور هسته ای ظاهر شد. سیال گرم شده را می توان به یک توربین متصل به ژنراتور تغذیه کرد. چنین نیروگاههایی برای توسعه بیشتر فضانوردی مورد توجه بودند ، زیرا آنها توانستند از شر مشکلات و محدودیت های موجود در زمینه تولید برق برای تجهیزات روی کشتی رهایی یابند.
در دهه هشتاد ، ایده نیروگاه به مرحله طراحی رسید. پروژه چنین محصولی بر اساس موتور RD0410 در حال انجام بود. یکی از راکتورهای آزمایشی IR-100 / IRGIT در آزمایش هایی در این زمینه شرکت داشت که طی آن عملکرد یک ژنراتور 200 کیلوواتی را فراهم کرد.
محیط جدید
کار اصلی نظری و عملی در مورد NRE شوروی با هسته فاز جامد تا اواسط دهه هشتاد به پایان رسید. این صنعت می تواند توسعه یک بلوک تقویت کننده یا سایر فناوری های موشکی و فضایی را برای موتور RD0410 موجود آغاز کند. با این حال ، چنین کارهایی هرگز به موقع شروع نشد و به زودی شروع آنها غیرممکن شد.
در این زمان ، صنعت فضا منابع کافی برای اجرای به موقع همه طرح ها و ایده ها نداشت. علاوه بر این ، پرسترویکا بدنام به زودی آغاز شد ، که به انبوه پیشنهادات و تحولات پایان داد. شهرت فناوری هسته ای به شدت تحت تأثیر حادثه چرنوبیل قرار گرفت. سرانجام ، مشکلات سیاسی در آن دوره وجود داشت. در سال 1988 ، تمام کارها در YARD 11B91 / RD0410 متوقف شد.
طبق منابع مختلف ، حداقل تا آغاز سال 2000 ، برخی از اجسام مجموعه بایکال هنوز در محل آزمایش سمیپالاتینسک باقی مانده است. علاوه بر این ، در یکی از به اصطلاح. راکتور آزمایشی هنوز در محل کار قرار داشت. KBKhA موفق به تولید یک موتور کامل RD0410 شد که برای نصب در مرحله فوقانی آینده مناسب است. با این حال ، تکنیک استفاده از آن در برنامه ها باقی ماند.
بعد از RD0410
تحولات مربوط به موتورهای موشکی هسته ای در پروژه جدیدی کاربرد یافته است. در سال 1992 ، تعدادی از شرکت های روسی به طور مشترک یک موتور دو حالته با هسته فاز جامد و یک سیال کار کننده به شکل هیدروژن توسعه دادند. در حالت موتور موشک ، چنین محصولی باید نیروی 70 کیلو نیوتن متر با ضربه خاص 920 ثانیه ایجاد کند و حالت قدرت 25 کیلووات توان الکتریکی را تأمین می کند. چنین NRE برای استفاده در پروژه های فضاپیمای بین سیاره ای پیشنهاد شد.
متأسفانه در آن زمان شرایط برای ایجاد موشک و فناوری فضایی جدید و جسورانه مناسب نبود و بنابراین نسخه دوم موتور موشک هسته ای روی کاغذ باقی ماند. تا آنجا که شناخته شده است ، شرکت های داخلی هنوز علاقه خاصی به موضوع NRE نشان می دهند ، اما اجرای چنین پروژه هایی هنوز ممکن یا مطلوب به نظر نمی رسد. با این وجود ، باید توجه داشت که در چارچوب پروژه های قبلی ، دانشمندان و مهندسان اتحاد جماهیر شوروی و روسیه قادر به جمع آوری مقدار قابل توجهی از اطلاعات و کسب تجربه مهم بودند. این بدان معناست که در صورت نیاز و ایجاد نظم متناظر در کشور ما ، می توان یک NRE جدید مشابه آنچه در گذشته آزمایش شده ایجاد کرد.
