في الماضي ، كانت الدول الرائدة تبحث عن حلول جديدة بشكل أساسي في مجال محركات الصواريخ وتكنولوجيا الفضاء. كانت أكثر الاقتراحات جرأة تتعلق بإنشاء ما يسمى ب. محركات الصواريخ النووية القائمة على مفاعل المواد الانشطارية. في بلدنا ، أعطى العمل في هذا الاتجاه نتائج حقيقية في شكل محرك RD0410 التجريبي. ومع ذلك ، لم يتمكن هذا المنتج من إيجاد مكانه في المشاريع الواعدة والتأثير على تطوير الملاحة الفضائية المحلية والعالمية.
المقترحات والمشاريع
بالفعل في الخمسينيات ، قبل بضع سنوات من إطلاق أول قمر صناعي ومركبة فضائية مأهولة ، تم تحديد آفاق تطوير محركات الصواريخ على الوقود الكيميائي. هذا الأخير جعل من الممكن الحصول على خصائص عالية جدًا ، لكن نمو المعلمات لا يمكن أن يكون بلا حدود. في المستقبل ، كان على المحركات أن "تضرب سقف" قدراتها. في هذا الصدد ، من أجل زيادة تطوير أنظمة الصواريخ والفضاء ، كانت هناك حاجة إلى حلول جديدة بشكل أساسي.
بنيت ، ولكن لم تختبر بواسطة RD0410 NRM
في عام 1955 ، حصل الأكاديمي م. ابتكر Keldysh مبادرة لإنشاء محرك صاروخي بتصميم خاص ، يعمل فيه المفاعل النووي كمصدر للطاقة. عُهد بتطوير هذه الفكرة إلى NII-1 التابع لوزارة صناعة الطيران ؛ في. إيفليف. في أقصر وقت ممكن ، عمل المتخصصون على القضايا الرئيسية واقترحوا خيارين ل NRE واعد مع أفضل الخصائص.
اقترحت النسخة الأولى من المحرك ، والمعروفة باسم "المخطط أ" ، استخدام مفاعل ذو قلب صلب وسطوح تبادل حراري صلب. الخيار الثاني ، "المخطط B" ، يتصور استخدام مفاعل مع منطقة نشطة في الطور الغازي - يجب أن تكون المادة الانشطارية في حالة بلازما ، وتم نقل الطاقة الحرارية إلى سائل العمل عن طريق الإشعاع. قارن الخبراء بين المخططين واعتبروا الخيار "أ" أكثر نجاحًا. في المستقبل ، كان هو الأكثر نشاطًا حتى وصل إلى اختبارات كاملة.
بالتوازي مع البحث عن التصميمات المثلى لـ NRE ، تم العمل على قضايا إنشاء قاعدة علمية وإنتاجية واختبار. لذلك ، في عام 1957 ، قام V. M. اقترح Ievlev مفهومًا جديدًا للاختبار والضبط الدقيق. كان لابد من اختبار جميع العناصر الهيكلية الرئيسية في منصات مختلفة ، وبعد ذلك فقط يمكن تجميعها في هيكل واحد. في حالة المخطط أ ، تضمن هذا النهج إنشاء مفاعلات واسعة النطاق للاختبار.
في عام 1958 ، ظهر قرار مفصل من مجلس الوزراء ، والذي حدد مسار العمل الإضافي. م. كيلديش ، آي ف. كورتشاتوف و س. كوروليف. في NII-1 ، تم تشكيل قسم خاص برئاسة V. M. إيفليف ، الذي كان عليه التعامل مع اتجاه جديد. أيضًا ، شاركت عدة عشرات من المنظمات العلمية والتصميمية في العمل. تم التخطيط لمشاركة وزارة الدفاع. تم تحديد جدول العمل والفروق الدقيقة الأخرى للبرنامج الموسع.
بعد ذلك ، تفاعل جميع المشاركين في المشروع بنشاط بطريقة أو بأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، عُقدت في الستينيات مؤتمرات مرتين ، خصصت حصريًا لموضوع الأسلحة النووية والقضايا ذات الصلة.
قاعدة الاختبار
كجزء من برنامج تطوير NRE ، تم اقتراح تطبيق نهج جديد لاختبار واختبار الوحدات اللازمة. في الوقت نفسه ، واجه المتخصصون مشكلة خطيرة. كان من المفترض أن يتم التحقق من بعض المنتجات في مفاعل نووي ، لكن تنفيذ مثل هذه الأنشطة كان صعبًا للغاية أو حتى مستحيلًا. يمكن أن تعرقل الاختبارات بسبب الصعوبات الاقتصادية أو التنظيمية أو البيئية.
مخطط تجميع الوقود لـ IR-100
في هذا الصدد ، تم تطوير طرق جديدة لاختبار المنتجات دون استخدام المفاعلات النووية. تم تقسيم هذه الفحوصات إلى ثلاث مراحل. الأول يتضمن دراسة العمليات في المفاعل على النماذج. ثم يجب أن تجتاز مكونات المفاعل أو المحرك اختبارات "باردة" ميكانيكية وهيدروليكية. عندها فقط تم فحص التجميعات تحت ظروف درجات حرارة عالية. بشكل منفصل ، بعد إعداد جميع مكونات NRE في المدرجات ، كان من الممكن البدء في تجميع مفاعل أو محرك تجريبي كامل.
لإجراء اختبارات على ثلاث مراحل للوحدات ، قامت العديد من الشركات بتطوير وبناء منصات مختلفة. تعتبر تقنية اختبار درجات الحرارة العالية ذات أهمية خاصة. أثناء تطويره ، كان من الضروري إنشاء تقنيات جديدة لتسخين الغازات. من عام 1959 إلى عام 1972 ، طور NII-1 عددًا من البلازماترونات عالية الطاقة التي قامت بتسخين الغازات حتى 3000 درجة مئوية وجعلت من الممكن إجراء اختبارات درجات الحرارة العالية.
خاصة لتطوير "المخطط B" كان من الضروري تطوير أجهزة أكثر تعقيدًا. لمثل هذه المهام ، كانت هناك حاجة إلى بلازمترون بضغط خرج من مئات الغلاف الجوي ودرجة حرارة تتراوح من 10 إلى 15 ألف كلفن. وبحلول نهاية الستينيات ، ظهرت تقنية تسخين الغاز بناءً على تفاعلها مع حزم الإلكترون ، مما جعلها من الممكن الحصول على الخصائص المطلوبة.
نص قرار مجلس الوزراء على بناء مرفق جديد في موقع اختبار سيميبالاتينسك. هناك كان من الضروري بناء منصة اختبار ومفاعل تجريبي لإجراء مزيد من الاختبارات لتجميعات الوقود والمكونات الأخرى في NRE. تم بناء جميع الهياكل الرئيسية بحلول عام 1961 ، وفي نفس الوقت بدأ تشغيل المفاعل لأول مرة. ثم تم صقل معدات المضلع وتحسينها عدة مرات. تم تصميم العديد من المخابئ تحت الأرض مع الحماية اللازمة لاستيعاب المفاعل والموظفين.
في الواقع ، كان مشروع NRM الواعد أحد أكثر المشاريع جرأة في عصره ، وبالتالي أدى إلى تطوير وبناء كتلة من الأجهزة وأدوات الاختبار الفريدة. كل هذه المواقف جعلت من الممكن إجراء الكثير من التجارب وجمع كمية كبيرة من البيانات من مختلف الأنواع ، مناسبة لتطوير المشاريع المختلفة.
المخطط ألف
بالعودة إلى أواخر الخمسينيات ، أنجح نسخة واعدة من المحرك من النوع "أ". اقترح هذا المفهوم بناء مفاعل نووي على أساس مفاعل بمبادلات حرارية مسؤولة عن تسخين سائل العمل الغازي. كان من المفترض أن يؤدي طرد الأخير من خلال الفوهة إلى إنشاء الدفع المطلوب. على الرغم من بساطة المفهوم ، ارتبط تنفيذ هذه الأفكار بعدد من الصعوبات.
نموذج FA لمفاعل IR-100
بادئ ذي بدء ، نشأت مشكلة اختيار المواد لبناء النواة. كان على تصميم المفاعل أن يتحمل الأحمال الحرارية العالية ويحافظ على القوة المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، كان عليه أن يمر بالنيوترونات الحرارية ، ولكن في نفس الوقت لا يفقد خصائصه بسبب الإشعاع المؤين. كان من المتوقع أيضًا توليد حرارة غير متساوية في القلب ، مما فرض متطلبات جديدة على تصميمه.
للبحث عن حلول وتحسين التصميم ، تم تنظيم ورشة عمل خاصة في NII-1 ، والتي كان من المفترض أن تصنع تجميعات وقود نموذجية ومكونات أساسية أخرى. في هذه المرحلة من العمل ، تم اختبار العديد من المعادن والسبائك ، وكذلك المواد الأخرى. لتصنيع مجموعات الوقود ، يمكن استخدام التنجستن والموليبدينوم والجرافيت والكربيدات ذات درجة الحرارة العالية وما إلى ذلك.كما تم إجراء بحث عن الطلاءات الواقية لمنع تدمير الهيكل.
في سياق التجارب ، تم العثور على المواد المثلى لتصنيع المكونات الفردية من NRE. بالإضافة إلى ذلك ، كان من الممكن تأكيد الاحتمال الأساسي للحصول على دفعة محددة لترتيب 850-900 ثانية. أعطى هذا المحرك الواعد أعلى أداء وميزة كبيرة على أنظمة الوقود الكيميائية.
كان قلب المفاعل عبارة عن أسطوانة يبلغ طولها حوالي 1 متر وقطرها 50 مم. في الوقت نفسه ، كان من المتصور إنشاء 26 نوعًا مختلفًا من مجموعات الوقود بميزات معينة. بناءً على نتائج الاختبارات اللاحقة ، تم اختيار أكثر الاختبارات نجاحًا وفعالية. تم توفير التصميم الموجود لتجميعات الوقود لاستخدام تكوينين للوقود. الأول عبارة عن خليط من اليورانيوم 235 (90٪) مع النيوبيوم أو كربيد الزركونيوم. تم تشكيل هذا الخليط على شكل قضيب ملتوي بأربعة شعاع بطول 100 مم وقطر 2.2 مم. يتكون التكوين الثاني من اليورانيوم والجرافيت. تم صنعه على شكل مناشير سداسية بطول 100-200 مم بقناة داخلية قطرها 1 مم وبها بطانة. تم وضع القضبان والمنشورات في علبة معدنية محكمة الغلق ومقاومة للحرارة.
بدأت اختبارات التجميعات والعناصر في موقع اختبار سيميبالاتينسك في عام 1962. لمدة عامين من العمل ، تم بدء تشغيل 41 مفاعل. بادئ ذي بدء ، تمكنا من العثور على الإصدار الأكثر فعالية من المحتوى الأساسي. كما تم تأكيد جميع الحلول والخصائص الرئيسية. على وجه الخصوص ، تعاملت جميع وحدات المفاعل مع الأحمال الحرارية والإشعاعية. وهكذا ، وجد أن المفاعل المطور قادر على حل مهمته الرئيسية - لتسخين الهيدروجين الغازي إلى 3000-3100 درجة كلفن بمعدل تدفق معين. كل هذا جعل من الممكن البدء في تطوير محرك صاروخي نووي كامل.
11B91 على "بايكال"
في أوائل الستينيات ، بدأ العمل في إنشاء NRE كاملة بناءً على المنتجات والتطورات الحالية. بادئ ذي بدء ، درس NII-1 إمكانية إنشاء عائلة كاملة من محركات الصواريخ بمعايير مختلفة ، ومناسبة للاستخدام في مشاريع تكنولوجيا الصواريخ المختلفة. من هذه العائلة ، كانوا أول من صمم وصنع محركًا منخفض الدفع - 36 كيلو نيوتن. يمكن استخدام مثل هذا المنتج لاحقًا في مرحلة عليا واعدة ، مناسبة لإرسال مركبات فضائية إلى أجرام سماوية أخرى.
مفاعل IRGIT أثناء التجميع
في عام 1966 ، بدأ معهد NII-1 ومكتب تصميم الأتمتة الكيميائية عملًا مشتركًا لتشكيل وتصميم محرك الصاروخ النووي المستقبلي. سرعان ما تلقى المحرك الفهارس 11B91 و RD0410. كان عنصره الرئيسي عبارة عن مفاعل اسمه IR-100. في وقت لاحق ، تم تسمية المفاعل IRGIT ("مفاعل أبحاث للدراسات الجماعية لـ TVEL"). في البداية ، تم التخطيط لإنشاء جهازي عرض نوويين مختلفين. الأول كان منتجًا تجريبيًا للاختبار في موقع الاختبار ، والثاني كان نموذجًا للطيران. ومع ذلك ، في عام 1970 ، تم الجمع بين المشروعين بهدف إجراء الاختبارات الميدانية. بعد ذلك ، أصبحت KBHA المطور الرئيسي للنظام الجديد.
باستخدام التطورات في البحث الأولي في مجال الدفع النووي ، وكذلك استخدام قاعدة الاختبار الحالية ، كان من الممكن تحديد مظهر المستقبل 11B91 بسرعة والبدء في تصميم تقني كامل.
في الوقت نفسه ، تم إنشاء مجمع مقاعد البيكال "Baikal" للاختبارات المستقبلية في موقع الاختبار. تم اقتراح اختبار المحرك الجديد في منشأة تحت الأرض مع مجموعة كاملة من الحماية. تم توفير وسائل تجميع وتثبيت سائل العمل الغازي. من أجل تجنب انبعاث الإشعاع ، كان لا بد من الاحتفاظ بالغاز في حواجز واقية ، وبعد ذلك فقط يمكن إطلاقه في الغلاف الجوي. نظرًا للتعقيد الخاص للعمل ، ظل مجمع بايكال قيد الإنشاء منذ حوالي 15 عامًا. تم الانتهاء من آخر كائناته بعد بدء الاختبارات في الأول.
في عام 1977 ، في مجمع بايكال ، تم تشغيل محطة عمل ثانية لمحطات تجريبية ، ومجهزة بوسائل لتزويد سائل عامل على شكل هيدروجين. في 17 سبتمبر ، تم الإطلاق الفعلي لمنتج 11B91. تم بدء تشغيل الطاقة في 27 مارس 1978. في 3 يوليو و 11 أغسطس ، تم إجراء اختبارين للحريق مع التشغيل الكامل للمنتج كمفاعل نووي. في هذه الاختبارات ، تم تشغيل المفاعل تدريجيًا بقوة 24 و 33 و 42 ميجاوات. تم تسخين الهيدروجين إلى 2630 درجة مئوية. في أوائل الثمانينيات ، تم اختبار نموذجين آخرين. أظهروا طاقة تصل إلى 62-63 ميجاوات وغاز ساخن حتى 2500 درجة مئوية.
مشروع RD0410
في مطلع السبعينيات والثمانينيات ، كان الأمر يتعلق بإنشاء NRM كامل ، ومناسب تمامًا للتركيب على الصواريخ أو المراحل العليا. تم تشكيل المظهر النهائي لمثل هذا المنتج ، وأكدت الاختبارات في موقع اختبار سيميبالاتينسك جميع خصائص التصميم الرئيسية.
كان محرك RD0410 النهائي مختلفًا بشكل ملحوظ عن المنتجات الحالية. تميز بتكوين الوحدات والتخطيط وحتى المظهر ، بسبب مبادئ التشغيل الأخرى. في الواقع ، تم تقسيم RD0410 إلى عدة كتل رئيسية: مفاعل ، وسيلة لتزويد مائع عامل ومبادل حراري وفوهة. احتل المفاعل المضغوط موقعًا مركزيًا ، ووضعت بقية الأجهزة بجانبه. أيضًا ، كانت الفناء بحاجة إلى خزان منفصل للهيدروجين السائل.
بلغ الارتفاع الإجمالي لمنتج RD0410 / 11B91 3.5 متر ، وكان أقصى قطر له 1.6 متر ، وكان الوزن مع مراعاة الحماية من الإشعاع 2 طن ، وبلغت قوة الدفع المحسوبة للمحرك في الفراغ 35.2 كيلو نيوتن أو 3.59 تريليون قدم. النبضة النوعية في الفراغ هي 910 kgf • s / kg أو 8927 m / s. يمكن تشغيل المحرك 10 مرات. المورد - ساعة واحدة عن طريق بعض التعديلات في المستقبل ، كان من الممكن زيادة الخصائص إلى المستوى المطلوب.
من المعروف أن مائع العمل المسخن لمفاعل نووي كهذا له نشاط إشعاعي محدود. ومع ذلك ، بعد الاختبارات ، تم الدفاع عنه ، وتعين إغلاق المنطقة التي يقع فيها المدرج لمدة يوم. يعتبر استخدام مثل هذا المحرك في الغلاف الجوي للأرض غير آمن. في الوقت نفسه ، يمكن استخدامه كجزء من المراحل العليا التي تبدأ العمل خارج الغلاف الجوي. بعد الاستخدام ، يجب إرسال هذه الكتل إلى مدار التخلص.
مرة أخرى في الستينيات ، ظهرت فكرة إنشاء محطة للطاقة على أساس مفاعل نووي. يمكن تغذية سائل العمل المسخن إلى توربين متصل بمولد. كانت محطات توليد الطاقة هذه ذات أهمية لمواصلة تطوير الملاحة الفضائية ، لأنها أتاحت التخلص من المشاكل والقيود القائمة في مجال توليد الكهرباء للمعدات الموجودة على متن الطائرة.
في الثمانينيات ، وصلت فكرة محطة الطاقة إلى مرحلة التصميم. كان يجري العمل على مشروع لمثل هذا المنتج على أساس محرك RD0410. شارك أحد المفاعلات التجريبية IR-100 / IRGIT في تجارب حول هذا الموضوع ، حيث قدم خلالها تشغيل مولد 200 كيلووات.
بيئة جديدة
تم الانتهاء من العمل النظري والعملي الرئيسي حول موضوع NRE السوفيتي بنواة المرحلة الصلبة بحلول منتصف الثمانينيات. يمكن أن تبدأ الصناعة في تطوير كتلة معززة أو غيرها من تكنولوجيا الصواريخ والفضاء لمحرك RD0410 الحالي. ومع ذلك ، لم تبدأ مثل هذه الأعمال في الوقت المحدد ، وسرعان ما أصبحت بدايتها مستحيلة.
في هذا الوقت ، لم يكن لدى صناعة الفضاء موارد كافية لتنفيذ جميع الخطط والأفكار في الوقت المناسب. بالإضافة إلى ذلك ، سرعان ما بدأت البيريسترويكا سيئة السمعة ، والتي وضعت حدًا لكتلة المقترحات والتطورات. تأثرت سمعة التكنولوجيا النووية بشدة من جراء حادث تشيرنوبيل. أخيرًا ، كانت هناك مشاكل سياسية خلال تلك الفترة. في عام 1988 ، تم إيقاف جميع الأعمال في YARD 11B91 / RD0410.
وفقًا لمصادر مختلفة ، على الأقل حتى بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، كانت بعض كائنات مجمع بايكال لا تزال موجودة في موقع اختبار سيميبالاتينسك. علاوة على ذلك ، على أحد ما يسمى ب. كان المفاعل التجريبي لا يزال موجودًا في مكان العمل.تمكنت KBKhA من تصنيع محرك RD0410 كامل ، مناسب للتركيب في مرحلة عليا مستقبلية. ومع ذلك ، ظلت تقنية استخدامه في الخطط.
بعد RD0410
وجدت التطورات في موضوع محركات الصواريخ النووية تطبيقًا في مشروع جديد. في عام 1992 ، طور عدد من الشركات الروسية بشكل مشترك محركًا ثنائي الوضع بنواة صلبة وسائل عامل على شكل هيدروجين. في وضع محرك الصاروخ ، يجب أن يطور مثل هذا المنتج قوة دفع تبلغ 70 كيلو نيوتن مع دفعة محددة تبلغ 920 ثانية ، ويوفر وضع الطاقة 25 كيلو واط من الطاقة الكهربائية. تم اقتراح مثل هذا NRE للاستخدام في مشاريع المركبات الفضائية بين الكواكب.
لسوء الحظ ، في ذلك الوقت لم يكن الوضع مواتًا لإنشاء صاروخ جديد وجريء وتكنولوجيا الفضاء ، وبالتالي بقي الإصدار الثاني من محرك الصاروخ النووي على الورق. بقدر ما هو معروف ، لا تزال الشركات المحلية تظهر اهتمامًا معينًا بموضوع NRE ، ولكن تنفيذ مثل هذه المشاريع لا يبدو حتى الآن ممكنًا أو مناسبًا. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه في إطار المشاريع السابقة ، تمكن العلماء والمهندسون السوفييت والروس من تجميع قدر كبير من المعلومات واكتساب خبرة مهمة. هذا يعني أنه عند ظهور حاجة وظهور ترتيب مطابق في بلدنا ، يمكن إنشاء NRE جديد مماثل لتلك التي تم اختبارها في الماضي.
