En el passat, els països líders buscaven solucions fonamentalment noves en el camp dels motors per a tecnologia de coets i espacials. Les propostes més atrevides es referien a la creació de les anomenades. motors de coet nuclear basats en un reactor de material fissible. Al nostre país, el treball en aquesta direcció va donar resultats reals en forma de motor RD0410 experimental. No obstant això, aquest producte no va aconseguir trobar el seu lloc en projectes prometedors i influir en el desenvolupament de l'astronàutica nacional i mundial.
Propostes i projectes
Ja als anys cinquanta, uns anys abans del llançament del primer satèl·lit i una sonda tripulada, es van determinar les perspectives per al desenvolupament de motors de coets amb combustible químic. Això últim va permetre obtenir característiques molt elevades, però el creixement dels paràmetres no va poder ser infinit. En el futur, els motors havien de "tocar el sostre" de les seves capacitats. En aquest sentit, per al desenvolupament posterior de coets i sistemes espacials, es necessitaven fonamentalment noves solucions.
Construït, però no provat per RD0410 NRM
El 1955, l'acadèmic M. V. Keldysh va sorgir amb la iniciativa de crear un motor coet d’un disseny especial, en el qual un reactor nuclear actués com a font d’energia. El desenvolupament d'aquesta idea va ser confiat a NII-1 del Ministeri d'Indústria de l'Aviació; V. M. Ievlev. En el menor temps possible, els especialistes van treballar els problemes principals i van proposar dues opcions per a un NRE prometedor amb les millors característiques.
La primera versió del motor, designada com a "Esquema A", proposava l'ús d'un reactor amb nucli de fase sòlida i superfícies d'intercanvi de calor sòlides. La segona opció, "Esquema B", preveia l'ús d'un reactor amb una zona activa en fase gasosa: la substància fissible havia d'estar en estat de plasma i l'energia tèrmica es transferia al fluid de treball mitjançant radiació. Els experts van comparar els dos esquemes i van considerar l'opció "A" més exitosa. En el futur, va ser ell qui va treballar més activament i fins i tot va arribar a proves de ple dret.
Paral·lelament a la cerca dels dissenys òptims del NRE, s'estaven elaborant els problemes de la creació d'una base científica, de producció i de proves. Així, el 1957 V. M. Ievlev va proposar un nou concepte per a proves i afinacions. Tots els elements estructurals principals es van haver de provar en diferents estands i només després es van poder muntar en una sola estructura. En el cas de l’esquema A, aquest enfocament implicava la creació de reactors a gran escala per fer proves.
El 1958, va aparèixer una resolució detallada del Consell de Ministres, que va determinar el curs de la feina posterior. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov i S. P. Korolev. A NII-1, es va formar un departament especial, dirigit per V. M. Ievlev, que havia de tractar amb una nova direcció. A més, diverses desenes d’organitzacions científiques i de disseny van participar en el treball. Estava prevista la participació del Ministeri de Defensa. Es va determinar el calendari de treball i altres matisos de l’extens programa.
Posteriorment, tots els participants del projecte van interactuar activament d’una manera o altra. A més, als anys seixanta, es van celebrar dues conferències dedicades exclusivament al tema de les armes nuclears i qüestions relacionades.
Base de proves
Com a part del programa de desenvolupament NRE, es va proposar aplicar un nou enfocament per provar i provar les unitats necessàries. Al mateix temps, els especialistes s’enfrontaven a un greu problema. La verificació d'alguns productes s'havia de dur a terme en un reactor nuclear, però la realització d'aquestes activitats era extremadament difícil o fins i tot impossible. Les proves es podrien veure obstaculitzades per dificultats econòmiques, organitzatives o ambientals.
Esquema de muntatge de combustible per a IR-100
En aquest sentit, es van desenvolupar nous mètodes de proves de productes sense l'ús de reactors nuclears. Aquests controls es van dividir en tres etapes. El primer consistia en l'estudi dels processos del reactor en models. Llavors, els components del reactor o del motor havien de passar proves "fredes" mecàniques i hidràuliques. Només llavors es van haver de revisar els muntatges en condicions d’alta temperatura. Per separat, després d’haver treballat tots els components del NRE als estands, es va poder començar a muntar un reactor o motor experimental de ple dret.
Per dur a terme proves de tres fases d'unitats, diverses empreses han desenvolupat i construït diversos estands. La tècnica per a proves a alta temperatura és d’interès particular. Durant el seu desenvolupament, va ser necessari crear noves tecnologies per escalfar gasos. Del 1959 al 1972, NII-1 va desenvolupar diversos plasmatrons d’alta potència que escalfaven gasos de fins a 3000 ° K i permetien realitzar proves a alta temperatura.
Especialment per al desenvolupament de "Scheme B", era necessari desenvolupar dispositius encara més complexos. Per a aquestes tasques, es necessitava un plasmatró amb una pressió de sortida de centenars d’atmosferes i una temperatura de 10-15.000 K. A finals dels anys seixanta va aparèixer la tecnologia de calefacció de gas basada en la seva interacció amb els feixos d’electrons, cosa que el va fer possible obtenir les característiques requerides.
La resolució del Consell de Ministres preveia la construcció d'una nova instal·lació al lloc de proves de Semipalatinsk. Allà va ser necessari construir un banc de proves i un reactor experimental per provar posteriorment els conjunts de combustible i altres components del NRE. Totes les estructures principals es van construir el 1961 i, al mateix temps, es va produir la primera posada en marxa del reactor. Després, l'equip de polígons es va refinar i millorar diverses vegades. Diversos búnquers subterranis amb la protecció necessària estaven destinats a allotjar el reactor i el personal.
De fet, el projecte d’un NRM prometedor va ser una de les empreses més agosarades del seu temps i, per tant, va conduir al desenvolupament i la construcció d’una massa de dispositius i instruments de prova únics. Tots aquests estands van permetre realitzar molts experiments i recopilar una gran quantitat de dades de diversos tipus, adequats per al desenvolupament de diversos projectes.
Esquema A
A finals dels anys cinquanta, la versió més exitosa i prometedora del motor tipus "A". Aquest concepte proposava la construcció d’un reactor nuclear basat en un reactor amb intercanviadors de calor encarregats d’escalfar el fluid de treball gasós. Se suposava que l’expulsió d’aquest darrer a través del broquet creava l’empenta necessària. Malgrat la simplicitat del concepte, la implementació d'aquestes idees es va associar a diverses dificultats.
Model FA per reactor IR-100
En primer lloc, va sorgir el problema de l'elecció dels materials per a la construcció del nucli. El disseny del reactor havia de suportar elevades càrregues tèrmiques i mantenir la resistència requerida. A més, havia de passar neutrons tèrmics, però al mateix temps no perdre característiques a causa de la radiació ionitzant. També s’esperava una generació de calor desigual al nucli, cosa que exigia el seu disseny.
Per cercar solucions i perfeccionar el disseny, es va organitzar un taller especial a NII-1, que consistia a fabricar conjunts de combustibles modelats i altres components bàsics. En aquesta etapa del treball, es van provar diversos metalls i aliatges, així com altres materials. Per a la fabricació de conjunts de combustibles es podrien utilitzar tungstè, molibdè, grafit, carburs d'alta temperatura, etc. També es va fer una recerca de recobriments protectors per evitar la destrucció de l'estructura.
En el transcurs dels experiments, es van trobar els materials òptims per a la fabricació de components individuals del NRE. A més, es va poder confirmar la possibilitat fonamental d’obtenir un impuls específic de l’ordre de 850-900 s. Això va donar al prometedor motor el màxim rendiment i un avantatge significatiu respecte als sistemes de combustible químic.
El nucli del reactor era un cilindre d’uns 1 m de llarg i 50 mm de diàmetre. Al mateix temps, es preveia crear 26 variants de conjunts de combustible amb certes característiques. A partir dels resultats de les proves posteriors, es van seleccionar les més eficaces i eficaces. El disseny trobat dels conjunts de combustible proporcionava l’ús de dues composicions de combustible. El primer va ser una barreja d’urani-235 (90%) amb carboni de niobi o zirconi. Aquesta barreja es va modelar en forma de vareta trenada de quatre feixos de 100 mm de llarg i 2,2 mm de diàmetre. La segona composició consistia en urani i grafit; es va fer en forma de prismes hexagonals de 100-200 mm de llarg amb un canal interior d’1 mm que tenia un revestiment. Les barres i els prismes es van col·locar en una caixa metàl·lica resistent a la calor segellada.
Les proves de muntatges i elements al lloc de proves de Semipalatinsk van començar el 1962. Durant dos anys de treball, es van produir 41 engegades de reactors. Primer de tot, hem aconseguit trobar la versió més eficaç del contingut bàsic. També es van confirmar totes les solucions i característiques principals. En particular, totes les unitats del reactor van fer front a càrregues tèrmiques i de radiació. Així, es va trobar que el reactor desenvolupat és capaç de resoldre la seva tasca principal: escalfar hidrogen gasós a 3000-3100 ° K a un cabal determinat. Tot plegat va permetre començar a desenvolupar un motor coet nuclear de ple dret.
11B91 a "Baikal"
A principis dels anys seixanta, es va començar a treballar en la creació d’un NRE de ple dret basat en els productes i desenvolupaments existents. En primer lloc, NII-1 va estudiar la possibilitat de crear tota una família de motors de coets amb diferents paràmetres, adequats per a ús en diversos projectes de tecnologia de coets. D’aquesta família, van ser els primers a dissenyar i construir un motor de baixa empenta: 36 kN. Aquest producte es podria utilitzar posteriorment en una etapa superior prometedora, adequada per enviar naus espacials a altres cossos celestes.
Reactor IRGIT durant el muntatge
El 1966, NII-1 i l'Oficina de Disseny d'Automàtica Química van iniciar un treball conjunt per donar forma i dissenyar el futur motor de coets nuclears. Aviat el motor va rebre els índexs 11B91 i RD0410. El seu element principal era un reactor anomenat IR-100. Més tard, el reactor va ser nomenat IRGIT ("Reactor de recerca per a estudis grupals de TVEL"). Inicialment, estava previst crear dos projectors nuclears diferents. El primer era un producte experimental per provar al lloc de la prova i el segon era un model de vol. No obstant això, el 1970, els dos projectes es van combinar amb l'objectiu de realitzar proves de camp. Després d'això, KBHA es va convertir en el principal desenvolupador del nou sistema.
Utilitzant els desenvolupaments en investigacions preliminars en el camp de la propulsió nuclear, així com utilitzant la base de proves existent, es va poder determinar ràpidament l’aspecte del futur 11B91 i començar un disseny tècnic de ple dret.
Al mateix temps, es va crear el complex de banc "Baikal" per a futures proves al lloc de proves. Es va proposar provar el nou motor en una instal·lació subterrània amb una gamma completa de protecció. Es van proporcionar mitjans per recollir i assentar el fluid de treball gasós. Per tal d’evitar l’emissió de radiació, el gas s’havia de guardar en dipòsits i només després es podia alliberar a l’atmosfera. A causa de la complexitat particular de l'obra, el complex del Baikal fa uns 15 anys que està en construcció. L'últim dels seus objectes es va completar després de començar les proves del primer.
El 1977, al complex Baikal, es va posar en funcionament una segona estació de treball per a plantes pilot, equipada amb un mitjà per subministrar un fluid de treball en forma d’hidrogen. El 17 de setembre es va realitzar el llançament físic del producte 11B91. La posada en marxa de l’energia va tenir lloc el 27 de març de 1978. El 3 de juliol i l’11 d’agost es van realitzar dues proves de foc amb el funcionament complet del producte com a reactor nuclear. En aquestes proves, el reactor es va portar gradualment a una potència de 24, 33 i 42 MW. L'hidrogen es va escalfar a 2630 ° K. A principis dels vuitanta, es van provar altres dos prototips. Van mostrar una potència de fins a 62-63 MW i un gas escalfat de fins a 2500 ° K.
Projecte RD0410
A principis dels anys setanta i vuitanta, es tractava de crear un NRM de ple dret, totalment adequat per a la instal·lació en míssils o escenaris superiors. Es va formar l’aspecte final d’aquest producte i les proves al lloc de proves de Semipalatinsk van confirmar totes les característiques principals del disseny.
El motor RD0410 acabat era notablement diferent dels productes existents. Es distingia per la composició de les unitats, la disposició i fins i tot l’aspecte, a causa d’altres principis de funcionament. De fet, RD0410 es va dividir en diversos blocs principals: un reactor, un mitjà per subministrar un fluid de treball i un intercanviador de calor i un broc. El reactor compacte ocupava una posició central i la resta de dispositius es col·locaven al costat. A més, el YARD necessitava un dipòsit independent per a l’hidrogen líquid.
L’alçada total del producte RD0410 / 11B91 va arribar als 3,5 m, el diàmetre màxim era 1,6 m. El pes, tenint en compte la protecció contra la radiació, era de 2 tones. L’empenta calculada del motor al buit va arribar a 35,2 kN o 3,59 tf. L'impuls específic al buit és de 910 kgf • s / kg o 8927 m / s. El motor es podria encendre deu vegades. Recurs - 1 hora. Mitjançant certes modificacions en el futur, va ser possible augmentar les característiques fins al nivell requerit.
Se sap que el fluid de treball escalfat d’aquest reactor nuclear tenia una radioactivitat limitada. Tot i això, després de les proves, es va defensar i es va haver de tancar la zona on es trobava l’estand durant un dia. L’ús d’aquest motor a l’atmosfera terrestre es va considerar insegur. Al mateix temps, es podria utilitzar com a part d’etapes superiors que comencen a treballar fora de l’atmosfera. Després del seu ús, aquests blocs s’han d’enviar a l’òrbita de disposició.
Ja als anys seixanta, va aparèixer la idea de crear una central elèctrica basada en un reactor nuclear. El fluid de treball escalfat es podria alimentar a una turbina connectada a un generador. Aquestes centrals elèctriques eren d’interès per al desenvolupament de l’astronàutica, ja que permetien desfer-se dels problemes i restriccions existents en el camp de la generació d’electricitat per a equips a bord.
Als anys vuitanta, la idea d’una central elèctrica va arribar a la fase de disseny. S'estava elaborant un projecte d'aquest producte basat en el motor RD0410. Un dels reactors experimentals IR-100 / IRGIT va participar en experiments sobre aquest tema, durant els quals va proporcionar el funcionament d’un generador de 200 kW.
Nou entorn
El principal treball teòric i pràctic sobre el tema de la NRE soviètica amb un nucli de fase sòlida es va completar a mitjan anys vuitanta. La indústria podria començar a desenvolupar un bloc de reforç o una altra tecnologia de coets i espacials per al motor RD0410 existent. Tanmateix, aquestes obres no es van començar mai a temps i aviat el seu inici es va fer impossible.
En aquest moment, la indústria espacial no tenia prou recursos per a la implementació oportuna de tots els plans i idees. A més, aviat va començar la notòria Perestroika, que va posar fi a la massa de propostes i desenvolupaments. La reputació de la tecnologia nuclear es va veure greument afectada per l'accident de Txernòbil. Finalment, hi va haver problemes polítics durant aquest període. El 1988 es van aturar totes les obres del YARD 11B91 / RD0410.
Segons diverses fonts, almenys fins a principis de la dècada de 2000, alguns objectes del complex del Baikal encara romanien al lloc de proves de Semipalatinsk. A més, en un dels anomenats. el reactor experimental encara estava situat al lloc de treball. KBKhA va aconseguir fabricar un motor RD0410 de ple dret, adequat per a la instal·lació en un futur escenari superior. Tanmateix, la tècnica per utilitzar-la va romandre en els plans.
Després del RD0410
Els desenvolupaments sobre el tema dels motors coets nuclears han tingut aplicació en un nou projecte. El 1992, diverses empreses russes van desenvolupar conjuntament un motor bimodal amb un nucli de fase sòlida i un fluid de treball en forma d’hidrogen. En el mode de motor coet, aquest producte hauria de desenvolupar una empenta de 70 kN amb un impuls específic de 920 s, i el mode de potència proporciona 25 kW de potència elèctrica. Aquest NRE es va proposar per al seu ús en projectes de naus espacials interplanetàries.
Malauradament, en aquell moment la situació no era propícia per a la creació de coets nous i atrevits i tecnologia espacial i, per tant, la segona versió del motor de coets nuclear va romandre sobre el paper. Pel que se sap, les empreses nacionals encara mostren un cert interès pel tema de la NRE, però la implementació d'aquests projectes encara no sembla possible ni convenient. Tot i això, cal assenyalar que, en el marc de projectes anteriors, científics i enginyers soviètics i russos van poder acumular una quantitat important d'informació i adquirir una experiència important. Això vol dir que quan sorgeix una necessitat i es produeix un ordre corresponent al nostre país, es pot crear un NRE nou similar al provat en el passat.
