Jau šio dešimtmečio pabaigoje Rusijoje galima sukurti erdvėlaivis tarpplanetinėms kelionėms su branduoline energija. Ir tai kardinaliai pakeis situaciją tiek artimoje žemėje esančioje erdvėje, tiek pačioje Žemėje.
Atominė elektrinė (AE) bus paruošta skrydžiui 2018 m. Tai pranešė Keldyšo centro direktorius akademikas Anatolijus Korotejevas... „Turime paruošti pirmąjį pavyzdį (megavatų klasės atominės elektrinės. - Apytiksliai." Expert Online ") skrydžio bandymams 2018 m. Ar skrenda, ar ne, kitas reikalas, gali susidaryti eilė, bet jis turi būti paruoštas skrydžiui“, – jam sakė „RIA Novosti“. Tai reiškia, kad vienas ambicingiausių sovietų ir rusų projektų kosmoso tyrinėjimų srityje žengia į neatidėliotino praktinio įgyvendinimo fazę.
Šio projekto, kurio šaknys siekia praėjusio amžiaus vidurį, esmė yra tokia. Dabar skrydžiai į artimą žemės erdvę vykdomi raketomis, kurios juda dėl jų varikliuose degimo skysčio ar kietojo kuro... Iš esmės tai yra tas pats variklis, kuris yra ir automobilyje. Tik automobilyje benzinas degdamas stumia stūmoklius cilindruose, per juos perduodamas savo energiją ratams. O raketiniame variklyje degantis žibalas arba heptilas raketą tiesiogiai varo į priekį.
Per pastarąjį pusę amžiaus ši raketų technologija visame pasaulyje buvo ištobulinta iki smulkmenų. Tačiau patys raketų mokslininkai tą pripažįsta. Norint tobulėti – taip, reikia. Bandymas padidinti raketų keliamąją galią nuo dabartinių 23 tonų iki 100 ir net 150 tonų remiantis „patobulintais“ vidaus degimo varikliais – taip, reikia pabandyti. Tačiau tai yra aklavietės kelias evoliucijos požiūriu. “ Kad ir kiek dirbtų raketų variklių specialistai visame pasaulyje, maksimalus efektas, kurį sulauksime, bus skaičiuojamas procentų dalimis. Grubiai tariant, iš esamų raketų variklių buvo išspausta viskas, nesvarbu, ar tai skystas, ar kietas raketinis kuras, o bandymai padidinti trauką ir specifinį impulsą yra tiesiog bergždi. Branduolinės varomosios sistemos padidina laiką. Skrydžio į Marsą pavyzdžiu - dabar reikia skristi nuo pusantrų iki dvejų metų ten ir atgal, bet bus galima nuskristi po dviejų keturių mėnesių “, – kartą situaciją įvertino buvęs Rusijos federalinės kosmoso agentūros vadovas Anatolijus Perminovas.
Todėl dar 2010 metais tuometinis Rusijos prezidentas, o dabar – premjeras Dmitrijus Medvedevas Iki šio dešimtmečio pabaigos buvo duotas užsakymas mūsų šalyje sukurti kosminį transporto ir energetikos modulį megavatų klasės atominės elektrinės pagrindu. Šio projekto plėtrai iki 2018 metų iš federalinio biudžeto, „Roscosmos“ ir „Rosatom“ planuojama skirti 17 milijardų rublių. 7,2 mlrd. iš šios sumos buvo skirta valstybinei korporacijai „Rosatom“ reaktoriaus objektui sukurti (tai atlieka Dolležalio energetikos tyrimų ir projektavimo institutas), 4 mlrd. – Keldyšo centrui atominei elektrinei sukurti. augalas. Transporto ir energetikos moduliui, kitaip tariant, raketai-laivui, sukurti RSC Energia numato 5,8 mlrd.
Natūralu, kad visi šie darbai nėra atliekami tuščioje vietoje. 1970–1988 metais vien SSRS į kosmosą paleido daugiau nei tris dešimtis šnipų palydovų, kuriuose įrengtos mažos galios atominės elektrinės, tokios kaip Bukas ir Topazas. Jie buvo naudojami kuriant bet kokiomis oro sąlygomis veikiančią paviršiaus taikinių stebėjimo sistemą visame Pasaulio vandenyno akvatorijoje ir suteikiant taikinio žymėjimą, perduodant juos į ginklų vežėjus ar komandų postus - jūrų erdvės žvalgybos ir taikinių žymėjimo sistema Legend (1978 m. ).
NASA ir amerikiečių kompanijos, gaminančios erdvėlaivius ir jų pristatymo transporto priemones, per tą laiką nesugebėjo sukurti branduolinio reaktoriaus, kuris stabiliai veiktų kosmose, nors bandė tris kartus. Todėl 1988 metais per JT buvo uždrausta naudoti erdvėlaivius su branduoline varomąja sistema, o Sovietų Sąjungoje buvo nutraukta US-A tipo palydovų su atomine elektrine gamyba.
Lygiagrečiai, praėjusio amžiaus 60–70-aisiais, Keldysh centras vykdė aktyvus darbas apie jonų variklio (elektroplazminio variklio), kuris labiausiai tinka sukurti didelės galios varomąją sistemą, veikiančią branduoliniu kuru, sukūrimo. Reaktorius gamina šilumą, ją generatorius paverčia elektra. Elektros pagalba tokiame variklyje esantis inertinių dujų ksenonas pirmiausia jonizuojamas, o po to teigiamai įkrautos dalelės (teigiami ksenono jonai) elektrostatiniame lauke pagreitinamos iki iš anksto nustatyto greičio ir sukuria trauką, paliekant variklį. Tokiu principu veikia jonų variklis, kurio prototipas jau sukurtas Keldyšo centre.
« XX amžiaus 90-aisiais mes Keldysh centre atnaujinome darbą su jonų varikliais. Dabar tokiam galingam projektui reikėtų sukurti naują bendradarbiavimą. Jau yra joninio variklio prototipas, kuriuo galima išbandyti pagrindinius technologinius ir projektinius sprendimus. O standartinius gaminius dar reikia sukurti. Nustatėme terminą – iki 2018 metų produktas turėtų būti paruoštas skrydžio bandymams, o iki 2015 metų – pagrindinio variklio kūrimas. Toliau - viso įrenginio eksploatavimo testai ir bandymai“, – pernai pažymėjo Mokslinių tyrimų centro elektrofizikos katedros vedėjas M.V. Keldysh, Aerofizikos fakulteto profesorius ir kosmoso tyrinėjimas MIPT Olegas Gorškovas.
Kokia praktinė šių įvykių nauda Rusijai?Ši nauda yra daug didesnė nei 17 milijardų rublių, kuriuos valstybė iki 2018 metų ketina išleisti nešančiosios raketos su 1 MW galios atomine elektrine sukūrimui. Pirma, tai dramatiškas mūsų šalies ir apskritai žmonijos galimybių išplėtimas. Branduolinis erdvėlaivis suteikia žmonėms realias galimybes įsipareigoti kitoms planetoms. Dabar daug šalių turi tokius laivus. Jie buvo atnaujinti Jungtinėse Valstijose 2003 m., kai amerikiečiai gavo du rusiškų palydovų su atominėmis elektrinėmis pavyzdžius.
Tačiau nepaisant to, NASA specialiosios komisijos pilotuojamų skrydžių klausimais narys Edwardas Crowley, Pavyzdžiui, jis mano, kad tarptautiniam skrydžiui į Marsą lėktuve turėtų būti rusiški branduoliniai varikliai. “ Rusijos patirtis kuriant branduolinius variklius yra paklausi. Manau, Rusija turi daug patirties tiek raketų variklių kūrimo, tiek branduolinių technologijų srityje. Ji taip pat turi didelę žmogaus prisitaikymo prie kosmoso sąlygų patirtį, nes Rusijos kosmonautai atliko labai ilgus skrydžius. “, – praėjusį pavasarį žurnalistams sakė Crowley po paskaitos Maskvos valstybiniame universitete apie amerikiečių planus vykdyti pilotuojamus kosmoso tyrinėjimus.
Antra, tokie laivai leidžia smarkiai suaktyvinti veiklą artimoje žemėje erdvėje ir suteikia realią galimybę Mėnulio kolonizacijos pradžiai (Žemės palydove jau yra atominių elektrinių statybos projektų). “ Svarstoma naudoti branduolines varomąsias sistemas didelėms pilotuojamoms sistemoms, o ne mažiems erdvėlaiviams, kurie gali skristi kitų tipų įrenginiuose, kuriuose naudojami jonų varikliai arba saulės vėjo energija. Galima panaudoti atominę elektrinę su joniniais svaidikliais ant interorbitinio daugkartinio vilkiko. Pavyzdžiui, gabenti krovinius tarp žemų ir aukštų orbitų, vykdyti skrydžius į asteroidus. Galite sukurti daugkartinį mėnulio vilkiką arba nusiųsti ekspediciją į Marsą“, – sako profesorius Olegas Gorškovas. Tokie laivai dramatiškai keičia kosmoso tyrinėjimų ekonomiką. „RSC Energia“ specialistų skaičiavimais, branduoline nešančia raketa, palyginti su skystojo kuro raketų varikliais, naudingojo krovinio paleidimo į aplinkinę orbitą sąnaudos sumažėja daugiau nei du kartus.
Trečia, tai naujos medžiagos ir technologijos, kurios bus sukurtos įgyvendinant šį projektą ir vėliau įdiegtos į kitas pramonės šakas – metalurgiją, mechaninę inžineriją ir kt. Tai yra, tai vienas iš tokių proveržio projektų, kurie tikrai gali pastūmėti į priekį tiek Rusijos, tiek pasaulio ekonomiką.
Idėja mesti atomines bombas virš laivagalio pasirodė pernelyg žiauri, tačiau energijos kiekis, kurį suteikia branduolio dalijimosi reakcija, jau nekalbant apie sintezę, yra nepaprastai patrauklus astronautikai. Todėl buvo sukurta daug neimpulsinių sistemų, kuriose nėra problemų dėl šimtų branduolinių bombų laikymo laive ir ciklopinių amortizatorių. Šiandien apie juos kalbėsime.
Branduolinė fizika po ranka
Kas yra branduolinė reakcija? Paaiškinkime labai paprastai, paveikslėlis bus panašus į šį. Iš mokyklos programos prisimename, kad materija susideda iš molekulių, atomų molekulių, o atomai - iš protonų, elektronų ir neutronų (yra lygiai žemiau, bet mums to pakanka). Kai kurie sunkieji atomai turi įdomią savybę – patekus į juos neutronui, jie skyla į lengvesnius atomus ir išskiria kelis neutronus. Jei šie išleisti neutronai pataikys į netoliese esančius kitus sunkiuosius atomus, skilimas pasikartos ir sulauksime branduolinės grandininės reakcijos. Neutronų judėjimas dideliu greičiu reiškia, kad šis judėjimas virsta šiluma, kai neutronai sulėtėja. Todėl atominis reaktorius yra labai galingas šildytuvas. Jie gali užvirti vandenį, išsiųsti susidariusius garus į turbiną ir gauti atominę elektrinę. Arba galite pašildyti vandenilį ir išmesti jį, gaudami branduolinį įrenginį reaktyvinis variklis... Iš šios idėjos gimė pirmieji varikliai NERVA ir RD-0410.
NERVA
Projekto istorija
Oficiali atominės raketos variklio išradimo autorystė (patentas) priklauso Richardui Feynmanui, remiantis jo paties atsiminimais „Jūs tikrai juokaujate, pone Feynmanai“. Knyga, beje, labai rekomenduojama skaityti. Los Alamos laboratorija pradėjo kurti branduolinius raketų variklius 1952 m. 1955 metais buvo pradėtas kurti Rover projektas. Pirmajame projekto etape KIWI buvo pastatyti 8 eksperimentiniai reaktoriai, o 1959–1964 metais buvo tiriamas darbinio skysčio pūtimas per reaktoriaus aktyvią zoną. Kalbant apie laiką, Orion projektas egzistavo nuo 1958 iki 1965 m. „Rover“ turėjo antrą ir trečią etapus, kuriuose buvo tiriami didesnės galios reaktoriai, tačiau NERVA buvo pagrįsta KIWI, nes planuota pirmą kartą paleisti bandomąjį paleidimą į kosmosą 1964 m. – nebuvo laiko parengti pažangesnių variantų. Laikas palaipsniui mažėjo ir pirmasis NERVA NRX / EST variklio užvedimas ant žemės (EST – variklio sistemos testas – bandymas variklio sistema) įvyko 1966 m. Variklis sėkmingai veikė dvi valandas, iš kurių 28 minutes buvo pilnai. Antrasis NERVA XE variklis buvo užvestas 28 kartus ir iš viso veikė 115 minučių. Nustatyta, kad variklis yra tinkamas kosminėms technologijoms, o bandymų stendas buvo paruoštas išbandyti naujai surinktus variklius. Atrodė, kad NERVA laukia šviesi ateitis – skrydis į Marsą 1978 m., nuolatinė bazė Mėnulyje 1981 m., orbitiniai vilkikai. Tačiau projekto sėkmė Kongrese sukėlė paniką – Mėnulio programa JAV pasirodė labai brangi, Marso programa būtų dar brangesnė. 1969 ir 1970 metais buvo smarkiai sumažintas finansavimas kosmosui – „Apollo 18“, „19“ ir „20“ buvo atšaukti, o Marso programai niekas neskirtų milžiniškų pinigų. Dėl to projekto darbai buvo atlikti be rimto finansavimo ir jis buvo uždarytas 1972 m.Dizainas
Vandenilis iš rezervuaro pateko į reaktorių, ten pašildomas ir buvo išmestas, sukurdamas reaktyvinę trauką. Vandenilis buvo pasirinktas kaip darbinis skystis, nes jame yra lengvų atomų ir juos lengviau pagreitinti iki didelio greičio. Kuo didesnis reaktyvinio išmetimo greitis, tuo efektyvesnis raketinis variklis.
Neutronų reflektorius buvo naudojamas neutronams tiekti atgal į reaktorių, kad palaikytų branduolinę grandininę reakciją.
Reaktoriui valdyti buvo naudojami valdymo strypai. Kiekvienas toks strypas susidėjo iš dviejų pusių – reflektoriaus ir neutronų absorberio. Sukant strypą neutronų reflektorius, jų srautas reaktoriuje padidėjo, o reaktorius padidino šilumos perdavimą. Sukant strypą neutronų absorberiui, jų srautas reaktoriuje sumažėjo, o reaktorius sumažino šilumos perdavimą.
Vandenilis taip pat buvo naudojamas purkštuko vėsinimui, o šiltas vandenilis iš purkštukų aušinimo sistemos pasuko turbo siurblį, kad paduotų daugiau vandenilio.
Variklis veikia. Vandenilis buvo specialiai uždegamas purkštuko išleidimo angoje, kad būtų išvengta sprogimo grėsmės, nebūtų degimo erdvėje.
NERVA variklis sukūrė 34 tonų trauką, maždaug pusantro karto mažesnę nei J-2 variklis, kuris buvo antroje ir trečioje Saturn-V raketos pakopose. Specifinis impulsas buvo 800-900 sekundžių, o tai buvo dvigubai didesnis nei geriausių variklių, varomų deguonies ir vandenilio degalų pora, bet mažesnis nei EJE arba Orion variklio.
Šiek tiek apie saugumą
Naujai surinktas ir nepaleistas branduolinis reaktorius su naujomis, dar neveikiančiomis kuro rinkelėmis yra pakankamai švarus. Uranas yra nuodingas, todėl reikia dirbti su pirštinėmis, bet ne daugiau. Nereikia jokių nuotolinių manipuliatorių, švininių sienelių ar ko nors kito. Visas skleidžiantis nešvarumas atsiranda paleidus reaktorių dėl sklaidytų neutronų, „sugadintų“ indo atomų, aušinimo skysčio ir kt. Todėl raketos su tokiu varikliu avarijos atveju atmosferos ir paviršiaus radiacinė tarša būtų nedidelė ir, žinoma, gerokai mažesnė nei standartinio „Orion“ paleidimo. Sėkmingo paleidimo atveju infekcija būtų minimali arba jos visai nebūtų, nes variklį tektų užvesti viršutiniuose atmosferos sluoksniuose arba jau kosmose.RD-0410
Sovietinis variklis RD-0410 turi panašią istoriją. Variklio idėja gimė 40-ųjų pabaigoje tarp raketų ir branduolinių technologijų pradininkų. Kaip ir Rover projekto, pirminė idėja buvo atominis reaktyvinis variklis pirmajai balistinės raketos pakopai, o vėliau plėtra persikėlė į kosmoso pramonę. RD-0410 buvo kuriamas lėčiau, buitinius kūrėjus patraukė dujinės fazės branduolinio reaktoriaus idėja (daugiau apie tai žemiau). Projektas prasidėjo 1966 m. ir tęsėsi iki devintojo dešimtmečio vidurio. Variklio taikiniu buvo pavadinta misija „Mars 94“ – pilotuojamas skrydis į Marsą 1994 m.
RD-0410 schema yra panaši į NERVA - vandenilis praeina per antgalį ir reflektorius, juos vėsindamas, tiekiamas į reaktoriaus aktyvią zoną, ten pašildomas ir išstumiamas.
Pagal savo charakteristikas RD-0410 buvo geresnis už NERVA - reaktoriaus aktyviosios zonos temperatūra buvo 3000 K, o ne 2000 K NERVA, o savitasis impulsas viršijo 900 s. RD-0410 buvo lengvesnis ir kompaktiškesnis nei NERVA ir išvystė dešimt kartų mažesnę trauką.
Variklio bandymai. Šoninis deglas apačioje kairėje uždega vandenilį, kad būtų išvengta sprogimo.
Kietosios fazės NRE kūrimas
Prisimename, kad kuo aukštesnė temperatūra reaktoriuje, tuo didesnis darbinio skysčio nutekėjimo greitis ir didesnis variklio savitasis impulsas. Kas neleidžia padidinti NERVA ar RD-0410 temperatūros? Faktas yra tas, kad abiejuose varikliuose kuro elementai yra kietos būsenos. Jei temperatūra pakyla, jie ištirps ir išskris kartu su vandeniliu. Todėl esant aukštesnei temperatūrai, būtina sugalvoti kitą būdą, kaip įvykdyti branduolinę grandininę reakciją.Druskos variklis
Branduolinėje fizikoje yra toks dalykas kaip kritinė masė. Prisiminkite branduolinę grandininę reakciją įrašo pradžioje. Jei daliantys atomai yra labai arti vienas kito (pavyzdžiui, jie buvo suspausti nuo specialaus sprogimo slėgio), tada įvyks atominis sprogimas – daug šilumos per labai trumpą laiką. Jei atomai nebus taip stipriai suspausti, bet padidės naujų neutronų srautas dėl dalijimosi, įvyks terminis sprogimas. Įprastas reaktorius tokiomis sąlygomis suges. Dabar įsivaizduokite, kad paimame vandeninį skiliųjų medžiagų tirpalą (pavyzdžiui, urano druskas) ir nuolat tiekiame jas į degimo kamerą, suteikdami ten didesnę masę nei kritinė. Rezultatas – nuolat deganti branduolinė „žvakė“, nuo kurios kilusi šiluma pagreitina sureagavusįjį branduolinis kuras ir vandens.
Idėją 1991 metais pasiūlė Robertas Zubrinas ir, įvairiais vertinimais, žada specifinį impulsą nuo 1300 iki 6700 s, kai trauka matuojama tonomis. Deja, ši schema turi ir trūkumų:
- Sunkumai laikant degalus – reikia išvengti grandininės reakcijos bake, degalų dėti į, pavyzdžiui, plonus vamzdelius, pagamintus iš neutronų absorberių, todėl bakai bus sudėtingi, sunkūs ir brangūs.
- Didelis branduolinio kuro sunaudojimas - faktas yra tas, kad reakcijos efektyvumas (supuvusių atomų skaičius / panaudotų atomų skaičius) bus labai mažas. Net ir atominėje bomboje skilioji medžiaga „neišdega“ iki galo, o didžioji dalis vertingo branduolinio kuro bus išeikvota.
- Antžeminiai bandymai praktiškai neįmanomi – tokio variklio išmetamosios dujos būtų labai nešvarios, net nešvaresnės nei „Orion“.
- Kyla keletas klausimų dėl branduolinės reakcijos valdymo – nėra faktas, kad schema, kuri yra paprasta žodiniame aprašyme, bus lengvai įgyvendinama techniškai.
Dujinė fazė KIEMAS
Kita mintis: o jeigu sukurtume darbinio skysčio sūkurį, kurio centre vyks branduolinė reakcija? Tokiu atveju aukšta šerdies temperatūra nepasieks sienelių, jas sugers darbinis skystis ir ji gali pakilti iki dešimčių tūkstančių laipsnių. Taip gimė atviro ciklo dujinės fazės NRE idėja:
Dujų fazė NRE žada specifinį impulsą iki 3000-5000 sekundžių. SSRS buvo pradėtas vykdyti dujinės fazės branduolinio reaktoriaus projektas (RD-600), tačiau jis net nepasiekė maketavimo stadijos.
„Atviras ciklas“ reiškia, kad branduolinis kuras bus išmestas į išorę, o tai, žinoma, mažina efektyvumą. Todėl buvo sugalvota tokia idėja, kuri dialektiškai grįžo į kietosios fazės NRE – apjuoskime branduolinės reakcijos sritį pakankamai karščiui atsparia medžiaga, kuri perduos skleidžiamą šilumą. Kvarcas buvo pasiūlytas kaip tokia medžiaga, nes esant dešimtims tūkstančių laipsnių, šiluma perduodama spinduliuote, o talpyklos medžiaga turi būti skaidri. Rezultatas yra uždaro ciklo dujų fazės branduolinis reaktorius arba „branduolinė lemputė“:
Šiuo atveju šerdies temperatūros apribojimas bus "lemputės" apvalkalo šiluminis stiprumas. Kvarco lydymosi temperatūra yra 1700 laipsnių Celsijaus, esant aktyviam aušinimui, temperatūra gali būti padidinta, tačiau bet kuriuo atveju specifinis impulsas bus mažesnis nei atviros grandinės (1300-1500 s), tačiau branduolinio kuro sunaudos daugiau. ekonomiškai, ir išmetimas bus švaresnis.
Alternatyvūs projektai
Be kietosios fazės NRE plėtros, yra originalių projektų.Skilusių skeveldrų variklis
Šio variklio idėja yra tai, kad nėra darbinio skysčio - tai yra išmestas panaudotas branduolinis kuras. Pirmuoju atveju subkritiniai diskai gaminami iš skiliųjų medžiagų, kurios pačios nepradeda grandininės reakcijos. Bet jei diskas bus patalpintas į reaktoriaus zoną su neutronų atšvaitais, prasidės grandininė reakcija. O disko sukimasis ir darbinio skysčio nebuvimas lems tai, kad suirę didelės energijos atomai nuskris į purkštuką, sukurdami trauką, o nesuirę atomai liks diske ir turės galimybę Kitas disko apsisukimas:
Dar įdomesnė idėja – iš skiliųjų medžiagų sukurti dulkėtą plazmą (prisiminkime TKS), kurioje branduolinio kuro nanodalelių skilimo produktai jonizuojami elektrinio lauko ir išmetami į lauką, sukuriant trauką:
Jie žada fantastišką specifinį 1 000 000 sekundžių impulsą. Entuziazmą vėsina tai, kad plėtra yra teorinio tyrimo lygyje.
Branduolinės sintezės varikliai
Dar tolimesnėje ateityje – branduolių sintezės variklių kūrimas. Skirtingai nuo branduolio dalijimosi reakcijų, kai atominiai reaktoriai buvo sukurti beveik kartu su bomba, termobranduoliniai reaktoriai vis dar nepajudėjo iš „rytojaus“ į „šiandieną“, o sintezės reakcijų panaudojimas įmanomas tik „Orion“ stiliumi – mėtant termobranduolines bombas.Branduolinė fotonų raketa
Teoriškai įmanoma sušildyti šerdį tiek, kad atspindintys fotonai galėtų sukurti trauką. Nepaisant techninių apribojimų nebuvimo, tokie varikliai yra nepalankūs esant dabartiniam technologijų lygiui – trauka bus per maža.Radioizotopinė raketa
Raketa, kuri šildo darbinį skystį iš RTG, veiks visiškai. Bet RTG skleidžia palyginti mažai šilumos, todėl toks variklis bus labai neefektyvus, nors ir labai paprastas.Išvada
Esant dabartiniam technologijų lygiui, galima surinkti kietojo kūno NRM NERVA arba RD-0410 stiliumi – technologijos įsisavintos. Tačiau toks variklis praras kombinaciją „branduolinis reaktorius + ERE“ dėl specifinio impulso, padidindamas trauką. Ir pažangesnės galimybės vis dar yra tik popieriuje. Todėl man asmeniškai derinys „reaktorius + ERE“ atrodo perspektyvesnis.Informacijos šaltiniai
Pagrindinis informacijos šaltinis yra angliška Vikipedija ir joje kaip nuorodos nurodyti šaltiniai. Paradoksalu, bet yra įdomių straipsnių apie NRE apie tradicijas – kietosios fazės NRE ir dujinės fazės NRE. Straipsnis apie variklius Branduoliniai varikliai40-ųjų pabaigoje, kilus euforijai dėl branduolinės energijos naudojimo perspektyvų, tiek JAV, tiek SSRS vyko branduolinių variklių įrengimo darbai visame, kas gali judėti. Idėja sukurti tokį „amžiną“ variklį buvo ypač patraukli kariuomenei. Atominės elektrinės (AE) pirmiausia buvo pritaikytos kariniame jūrų laivyne, nes laivo elektrinėms nebuvo taikomi tokie griežti bendrieji ir svorio reikalavimai kaip, pavyzdžiui, aviacijoje. Nepaisant to, oro pajėgos negalėjo „praeiti“ galimybės neribotą laiką padidinti strateginės aviacijos veikimo spindulį. 1946 metų gegužės mėn. JAV oro pajėgų vadovybė patvirtino strateginių bombonešių aprūpinimo branduolinių variklių kūrimo projektą „Branduolinė energija orlaivių varymui“ (sutrumpintai NEPA, verčiama kaip „Branduolinė energija orlaivių varikliams“). Darbas su jo įgyvendinimu prasidėjo Oak Ridge nacionalinėje laboratorijoje. 1951 metais. jį pakeitė bendra Oro pajėgų ir Atominės energijos komisijos (CAE) programa „Aircraft Nuclear Propulsion“ (ANP). Bendrovė „General Electric“ sukūrė turboreaktyvinį (turboreaktyvinį variklį), kuris nuo „įprasto“ skyrėsi tik tuo, kad vietoj įprastos degimo kameros buvo branduolinis reaktorius, šildantis kompresoriumi suspaustą orą. Tuo pačiu metu oras tapo radioaktyvus – atvira grandinė. Tais metais į tai buvo elgiamasi paprasčiau, tačiau, kad nebūtų užterštas jų aerodromas, kilimo ir tūpimo orlaivyje turėjo būti įrengti įprasti varikliai, varomi žibalu. Pirmasis JAV atominio lėktuvo projektas buvo paremtas viršgarsiniu strateginiu bombonešiu B-58. Kūrėjas (firma „Convair“) gavo pavadinimą X-6. Po delta sparnu buvo išdėstyti keturi atominiai turboreaktyviniai varikliai, be to, kilimo ir tūpimo metu turėjo veikti dar 2 „įprasti“ turboreaktyviniai varikliai. Iki šeštojo dešimtmečio vidurio buvo pagamintas nedidelio oru aušinamo branduolinio reaktoriaus, kurio galia 1 MW, prototipas. Jo skrydžio bandymams ir įgulos apsaugos bandymams buvo skirtas bombonešis B-36H. Skraidančios laboratorijos įgula buvo apsauginėje kapsulėje, tačiau pats reaktorius, esantis bombos skyriuje, neturėjo biologinės apsaugos. Skraidanti laboratorija buvo pavadinta NB-36H. Nuo 1955 m. liepos mėn. iki 1957 metų kovo mėn ji atliko 47 skrydžius virš Teksaso ir Naujosios Meksikos dykumų regionų, kurių metu buvo įjungtas ir išjungtas reaktorius. Kitame etape buvo sukurtas naujas branduolinis reaktorius HTRE (naujausio modelio galia buvo 35 MW, kurių užteko dviem varikliams veikti) ir eksperimentinis X-39 variklis, sėkmingai išlaikęs bendrus antžeminius bandymus. Tačiau iki to laiko amerikiečiai suprato, kad atvira grandinė neveiks, ir pradėjo projektuoti elektrinę su oro šildymu šilumokaityje. Naujoji „Convair“ kompanijos mašina NX-2 turėjo „ančių“ schemą (horizontali uodega buvo priešais sparną). Branduolinis reaktorius turėjo būti centrinėje dalyje, varikliai – laivagalyje, oro įsiurbimo angos – po sparnu. Lėktuvas turėjo naudoti nuo 2 iki 6 pagalbinių turboreaktyvinių variklių. Tačiau 1961 m. kovo mėn. ANP programa buvo uždaryta. 1954-1955 metais. grupė Los Alamos laboratorijos mokslininkų parengė ataskaitą apie galimybę sukurti branduolinį raketinį variklį (NRM). JAV CAE nusprendė pradėti jo kūrimo darbus. Programa buvo pavadinta „Rover“. Darbai lygiagrečiai buvo atliekami Los Alamos mokslo laboratorijoje ir Radiacijos laboratorijoje Livermore Kalifornijos universitetas... Nuo 1956 m. visos Radiacinės laboratorijos pastangos buvo skirtos sukurti branduolinį reaktyvinį variklį (YAPVRD) pagal PLUTO projektą (Los Alamose jie pradėjo kurti branduolinį raketinį variklį).
YAPVRD planuota montuoti ant sukurtos viršgarsinės mažo aukščio raketos (Supersonic Low-Altitude Missile – SLAM). Raketa (dabar ji būtų vadinama sparnuota) iš esmės buvo nepilotuojamas bombonešis su vertikaliu paleidimu (naudojant keturis kietojo kuro stiprintuvus). YAPVRD buvo įjungtas pasiekus tam tikrą greitį, jau esant pakankamam atstumui nuo savo teritorijos. Per oro paėmimo angą patekęs oras buvo kaitinamas branduoliniame reaktoriuje ir, ištekėdamas pro antgalį, sukūrė trauką. Skrydis į taikinį ir kovinių galvučių paleidimas slaptumo tikslais turėjo būti vykdomas itin mažame aukštyje tris kartus didesniu už garso greitį. Branduolinio reaktoriaus šiluminė galia siekė 500 MW, aktyviosios zonos darbinė temperatūra siekė daugiau nei 1600 laipsnių Celsijaus. Varikliui išbandyti buvo pastatytas specialus bandymų poligonas. |  |
Sovietų Sąjungai branduolinio lėktuvo reikėjo daug labiau nei JAV, nes ji neturėjo karinių bazių prie JAV sienų ir galėjo veikti tik iš savo teritorijos, o viduryje pasirodė strateginiai bombonešiai M-4 ir Tu-95. -50-ieji negalėjo „aprėpti“ visos JAV teritorijos. Laivų, povandeninių laivų ir orlaivių atominių elektrinių kūrimo problemų tyrimas prasidėjo jau 1947 m. tačiau Ministrų Tarybos potvarkis dėl orlaivių su branduoliniu varikliu darbo pradžios pasirodė tik 1955 metų rugpjūčio 12 dieną. (tuo metu jau buvo statomas pirmasis sovietinis branduolinis povandeninis laivas). OKB-156 Tupolev ir OKB-23 Myasishcheva užsiėmė orlaivių su atominėmis elektrinėmis projektavimu, o OKB-276 Kuznecovas ir OKB-165 Lyulka tokias elektrines kūrė patys. 1956 metų kovo mėn. Buvo išleistas Vyriausybės nutarimas dėl strateginio bombonešio Tu-95 pagrindu sukurtos skraidančios laboratorijos (norint ištirti radiacijos poveikį orlaivio ir jo įrangos konstrukcijai, taip pat radiacinės saugos klausimus). 1958 metais. į Semipalatinsko poligoną buvo atgabentas eksperimentinis, „lėktuvo“ branduolinis reaktorius. 1959 metų viduryje. reaktorius buvo sumontuotas serijiniame lėktuve, pavadintame Tu-95LAL (Skraidančioji atominė laboratorija). Naudojamas reaktorius 
buvo vadinamas tik kaip spinduliuotės šaltinis ir buvo aušinamas vandeniu. Aušinimo sistemos radiatorius, esantis fiuzeliažo apačioje, buvo išpūstas įeinančio oro srauto. 1961 metų gegužės-rugpjūčio mėn. Tu-95LAL atliko 34 skrydžius virš bandymų poligono teritorijos. Kitas žingsnis buvo sukurti eksperimentinį Tu-119 Tu-95 pagrindu. Ant dviejų (nuo 
keturi jo varikliai NK-12M (OKB Kuznecovas), be degimo kamerų, sumontuoti šilumokaičiai, šildomi skysto metalo aušinimo skysčiu, kuris ėmė šilumą iš branduolinio reaktoriaus, esančio krovinių skyriuje. Varikliai buvo pažymėti NK-14A. Ateityje, orlaivyje sumontavus 4 NK-14A variklius ir padidinus fiuzeliažo skersmenį, buvo numatyta sukurti beveik neribotos skrydžio trukmės priešpovandeninį lėktuvą. Tačiau NK-14A variklių, tiksliau jo branduolinės dalies, projektavimas vyko lėtai dėl daugybės iškilusių problemų. Dėl to planai sukurti Tu-119 niekada nebuvo įgyvendinti. Be to, OKB-156 pasiūlė keletą variantų viršgarsiniams bombonešiams. Tolimojo nuotolio bombonešis Tu-120, kurio kilimo svoris yra 85 t. ilgis 30,7 m. sparnų plotis 24,4 m. ir 
maksimalus greitis apie 1400 km/val. Kitas projektas buvo žemo aukščio atakos lėktuvas, kurio kilimo masė siekė 102 tonas. ilgis 37m. sparnų plotis 19m. ir maksimalus greitis 1400 km/val. Lėktuvas turėjo žemą delta sparną. Du jo varikliai buvo vienoje pakuotėje galinėje fiuzeliažo dalyje. Kilimo ir tūpimo metu varikliai veikė žibalu. Viršgarsinio strateginio bombonešio kilimo svoris turėjo būti 153 tonos. ilgis 40,5m. ir sparnų plotis 30,6 m. Iš šešių turboreaktyvinių variklių (KB Kuznecov), du, esantys uodegoje, buvo su šilumokaičiais ir galėjo veikti iš branduolinio reaktoriaus. Po sparnu ant pilonų buvo įrengti keturi įprasti turboreaktyviniai varikliai. Išoriškai šis orlaivis buvo panašus į amerikiečių vidutinį viršgarsinį bombonešį B-58. Myasishchev projektavimo biuras taip pat svarstė galimybę sukurti „branduolinį“ orlaivį jau esamo 3M bombonešio pagrindu, pakeičiant įprastus turboreaktyvinius variklius atominiais su šilumokaičiais (reaktorius buvo bombų skyriuje). Taip pat buvo svarstoma galimybė sukurti viršgarsinį bombonešį M-60. Buvo pasiūlyta keletas variantų 
rikiuotės variantai su įvairių tipų varikliais (kilimo svoris 225-250 tonų, naudingoji apkrova - 25 tonos, greitis - iki 3000 km/h, ilgis 51-59 m, sparnų plotis - 27-31 m). Siekiant apsisaugoti nuo radiacijos, pilotai buvo patalpinti į specialią sandarią kapsulę, o varikliai – į galinį fiuzeliažą. Vaizdinis vaizdas iš kapsulės buvo pašalintas, o autopilotas turėjo nukreipti lėktuvą į taikinį. Norint užtikrinti rankinį valdymą, turėjo būti naudojami televizoriai ir radaro ekranai. Kūrėjai iš pradžių pasiūlė lėktuvą padaryti nepilotuojamą. Tačiau dėl patikimumo kariuomenė reikalavo pilotuojamo varianto. Vienas iš variantų buvo vandens lėktuvas. Jo pranašumas buvo tas, kad slopintus reaktorius buvo galima panardinti į vandenį, kad būtų sumažinta foninė spinduliuotė. Tobulėjant raketoms ir atsiradus patikimoms tarpžemyninėms balistinėms raketoms ir atominių raketų povandeniniams laivams, kariuomenės susidomėjimas atominiais bombonešiais išblėso ir darbas buvo apribotas. Tačiau 1965 m. jie grįžo prie idėjos sukurti branduolinį povandeninį orlaivį. Šį kartą prototipu tapo sunkusis transportas An-22 Antey, kuris turėjo tokius pat variklius kaip ir Tu-95. NK-14A kūrimas tuo metu buvo gana pažengęs. Kilimas ir tūpimas turėjo būti vykdomas naudojant žibalą (variklio galia 4 x 13000 AG), o kreiserinis skrydis – naudojant atominę energiją (4 x 8900 AG). Skrydžio trukmę ribojo tik „žmogiškasis faktorius“, siekiant apriboti įgulos gaunamą dozę, buvo nustatyta 50 valandų. Skrydžio nuotolis šiuo atveju būtų 27500 km. 1972 metais. An-22 su branduoliniu reaktoriumi juose atliko 23 skrydžius, visų pirma buvo patikrinta radiacinė sauga. Tačiau aplinkosaugos problemos įvykus lėktuvo avarijai taip ir nebuvo išspręstos, galbūt dėl to projektas nebuvo įgyvendintas. Devintajame dešimtmetyje susidomėjimas kilo atominė plokštuma kaip balistinių raketų nešėjas. Beveik nuolatos ore jis būtų nepažeidžiamas netikėto priešo branduolinės raketos smūgio. Orlaivio avarijos atveju branduolinį reaktorių būtų galima atskirti ir nusileisti parašiutu. Tačiau prasidėjęs detente, „perestroika“, o vėliau ir SSRS žlugimas neleido atominiam lėktuvui pakilti. 50-ųjų viduryje OKB-301 (vyriausiasis dizaineris S. A. Lavochkinas) buvo nagrinėjamas „ramjet“ branduolinio variklio įrengimo tarpžemyninėje sparnuotojoje raketoje „Tempest“ (panašiai į PLUTO projektą) klausimas. Projektas gavo pavadinimą „375“. Pačios raketos kūrimas nebuvo problema, nuvylė variklių inžinieriai. OKB-670 (vyriausiasis dizaineris M.M. Bondaryukas) ilgą laiką negalėjo susidoroti su ramjeto branduolinio variklio sukūrimu. 1960 metais. Tempest projektas buvo atšauktas kartu su jo branduoline versija. Niekada nebuvo bandoma branduolinio variklio. Branduolinė energija gali būti naudojama darbiniam skysčiui šildyti ne tik oro čiurkšlėje, bet ir branduoliniame raketiniame variklyje (NRE), kurie paprastai skirstomi į reaktyvinius variklius, kuriuose vyksta darbinio skysčio (RT) šildymo procesas. nuolat, ir pulsuojantys arba pulsuojantys (ir apskritai jie yra reaktyvūs), kai branduolinė energija išsiskiria diskretiškai, per mažos galios branduolinių (termobranduolinių) sprogimų seriją. Pagal branduolinio kuro agregacijos būseną reaktoriaus aktyvioje zonoje NRE skirstomi į kietosios fazės, skystosios fazės ir dujinės fazės (plazmos). Atskirai galime išskirti NRE, kurio reaktoriuje branduolinis kuras yra pseudo-suskystinto būsenos (sukančio dulkių dalelių „debesies“ pavidalu). Kitas reaktyviųjų NRE tipas yra variklis, kuris naudoja šiluminę energiją, išsiskiriančią savaiminio radioaktyviųjų izotopų dalijimosi (radioaktyvaus skilimo) metu, kad šildytų RT. Tokio variklio privalumas – konstrukcijos paprastumas, reikšmingas trūkumas – didelė izotopų kaina (pavyzdžiui, polonis-210). Be to, spontaniškai irstant izotopui, net ir išjungus variklį nuolat išsiskiria šiluma, kurią reikia kažkaip pašalinti iš variklio, o tai apsunkina ir apsunkina konstrukciją. Impulsiniame branduoliniame reaktoriuje energija atominis sprogimas išgarina RT, paversdamas jį plazma. Besiplečiantis plazmos debesis spaudžia galingą metalinį dugną (stūmimo plokštę) ir sukuria srovės trauką. RT gali būti naudojamas kaip kieta medžiaga, kurią galima lengvai paversti dujomis, užtepti ant stūmimo plokštės, skystas vandenilis ar vanduo, laikomas specialioje talpykloje. Tai vadinamojo išorinio veikimo impulsinio NRE schema, kitas tipas yra vidinio veikimo impulsinis NRE, kuriame nedideli branduoliniai ar termobranduoliniai užtaisai detonuojami specialiose kamerose (degimo kamerose), kuriose įrengti reaktyviniai purkštukai. Ten taip pat tiekiamas RT, kuris, ištekėdamas pro antgalį, sukuria trauką kaip įprasti skysto kuro raketų varikliai. Tokia sistema yra efektyvesnė, nes visi RT ir sprogimo produktai naudojami traukai sukurti. Tačiau tai, kad sprogimai įvyksta tam tikro tūrio viduje, riboja slėgį ir temperatūrą degimo kameroje. Impulsinis išorinio veikimo NRE yra paprastesnis, o didžiulis energijos kiekis, išsiskiriantis branduolinėse reakcijose, leidžia net ir esant mažesniam efektyvumui gauti geros savybės tokios sistemos. JAV 1958–63 m. buvo sukurtas projektas raketai su impulsiniu branduoliniu reaktoriumi „Orion“. Jie netgi išbandė lėktuvo modelį su impulsiniu varikliu ant įprastinių cheminių sprogmenų. Gauti rezultatai parodė esminę kontroliuojamo aparato skrydžio su tokiu varikliu galimybę. Iš pradžių Orionas turėjo būti paleistas iš Žemės. Kad būtų išvengta galimybės sugadinti raketą dėl antžeminio branduolinio sprogimo, buvo planuojama ją sumontuoti aštuoniuose 75 metrų bokštuose. Tuo pačiu metu raketos paleidimo masė siekė 10 000 tonų. o stūmimo plokštės skersmuo apie 40m. Siekiant sumažinti dinamines apkrovas raketos konstrukcijai ir įgulai, buvo numatytas slopinimo įtaisas. Po suspaudimo ciklo jis grąžino plokštę į pradinę padėtį, o po to įvyko dar vienas sprogimas. Pradžioje kas sekundę buvo detonuojamas 0,1 kilotono užtaisas. Išėjus iš atmosferos, įkraunama 20 kt talpa. detonuojamas kas 10 sek. Vėliau, siekiant neužteršti atmosferos, buvo nuspręsta Orioną iš Žemės iškelti naudojant pirmąją raketos Saturn-5 pakopą, ir dėl to, kad jos didžiausias skersmuo siekė 10m. tada buvo sumažintas stūmimo plokštės skersmuo 
10 m Efektyvioji trauka atitinkamai sumažėjo iki 350 tonų su savo „sauso“ nuotolinio valdymo pulto svoriu (be RT) 90,8 tonos. Nugabenti į Mėnulio paviršių 680 tonų naudingą krovinį. reikėtų susprogdinti apie 800 plutonio užtaisų (plutonio masė 525 kg.) ir išleisti apie 800 tonų. RT. Taip pat buvo svarstoma galimybė panaudoti „Orion“ kaip priemonę branduolinėms galvutėms pristatyti į taikinį. Tačiau netrukus kariuomenė šios idėjos atsisakė. Ir 1963 m. buvo pasirašyta sutartis uždrausti branduolinius sprogimus kosmose žemėje (atmosferoje) ir po vandeniu. Dėl to visas projektas tapo neteisėtu. Panašus projektas buvo svarstomas ir SSRS, tačiau jis neturėjo praktinių rezultatų. Taip pat aerokosminio lėktuvo (VKS) M-19 KB Myasishchev projektas. Projekte buvo numatyta sukurti daugkartinio naudojimo vienpakopę aviacijos ir kosmoso sistemą, galinčią iki 40 tonų sveriančią naudingąją apkrovą iškelti į žemos atskaitos orbitas (iki 185 km.). Tuo tikslu VKS turėjo būti įrengtas NRE ir daugiamodė oru reaktyvioji varomoji sistema, veikianti tiek iš branduolinio reaktoriaus, tiek naudojant vandenilio kurą. Daugiau apie šį projektą skaitykite puslapyje. Branduolinė energija gali būti ne tik tiesiogiai naudojama RT šildymui variklyje, bet ir paverčiama elektros energija, kuri vėliau naudojama elektros varomojoje traukoje (EJE) sukurti. Pagal šią schemą buvo pastatytos branduolinės energijos varymo sistemos (AE), susidedančios iš branduolinės energijos įrenginių (AE) ir elektrinių raketų varomųjų sistemų (EPP). Nėra nustatytos (visuotinai pripažintos) EJE klasifikacijos. Pagal vyraujantį pagreičio „mechanizmą“ RT EJE galima suskirstyti į dujinius (elektrocheminius), elektrostatinius (joninius) ir elektromagnetinius (plazminius). Elektrochemijoje elektros energija naudojama RT šildymui arba cheminiam skaidymui (elektrinis šildymas, termokatalizinis ir hibridinis), o RT temperatūra gali siekti 5000 laipsnių. RT pagreitis įvyksta, kaip ir įprastuose skystojo kuro raketiniuose varikliuose, kai jis praeina per variklio dujų dinaminį traktą (purkštuką). Elektrocheminiai varikliai sunaudoja mažiausiai galios tarp ERE vienam traukos vienetui (apie 10 kW / kg). Elektrostatiniame EJE darbinis skystis pirmiausia jonizuojamas, po to teigiami jonai pagreitinami elektrostatiniame lauke (naudojant elektrodų sistemą), sukuriant trauką (elektronai įšvirkščiami į jį prie išėjimo iš variklio, kad būtų neutralizuotas srovės krūvis srautas). Elektromagnetinėje ERE RT įkaista iki plazmos būsenos (dešimtys tūkstančių laipsnių), praeinančios per jį elektros šokas... Tada plazma pagreitinama elektromagnetiniame lauke ("lygiagrečiai" galima naudoti ir dujų dinaminį pagreitį). Mažos molekulinės masės arba lengvai disocijuojamos dujos ir skysčiai naudojami kaip RT elektroterminiuose EJE, elektrostatiniuose šarminiuose arba sunkiuose, lengvai garuojančiuose metaluose ar organiniuose skysčiuose, įvairiose elektromagnetinėse dujose ir kietose medžiagose. Svarbus variklio parametras yra jo specifinis traukos impulsas (žr. psl.), kuris apibūdina jo efektyvumą (kuo daugiau, tuo mažiau RT išleidžiama sukuriant kilogramą traukos). Specifinis impulsas skirtingi tipai varikliai kinta plačiose ribose: kietojo kuro RD -2650 m/s, LRE-4500 m/s, elektrocheminio ERE - 3000 m/s, plazminio ERE iki 290 tūkst. Kaip žinote, specifinė impulso vertė yra tiesiogiai proporcinga kvadratinė šaknis nuo temperatūros vertės PT prieš purkštuką. Ją (temperatūrą) savo ruožtu lemia kuro kaloringumas. Geriausias rodiklis tarp cheminio kuro yra berilio + deguonies garai - 7200 kcal / kg. Urano-235 kaloringumas yra apie 2 milijonus kartų didesnis. Tačiau energijos kiekis, kurį galima panaudoti naudingai, yra tik 1400 kartų didesnis. Apribojimai, kuriuos nustato konstrukcijos ypatybės, sumažina šį kietosios fazės NRE skaičių iki 2–3 (maksimali pasiekiama RT temperatūra yra apie 3000 laipsnių). Ir net tokiu atveju specifinis kietosios fazės NRE impulsas yra apie 9000 m/s, palyginti su 3500–4500 šiuolaikinių skystojo kuro raketų variklių. Skystos fazės NRE specifinis impulsas gali siekti 20 000 m / s, dujinės fazės, kur RT temperatūra gali siekti dešimtis tūkstančių laipsnių, specifinis impulsas yra 15-70 tūkstančių m / s. Kitas svarbus varomosios sistemos (PS) ar variklio svorio tobulumą apibūdinantis parametras yra jų savitasis svoris – PS masės (su propelentu arba be jos) arba variklio ir sukuriamos traukos santykis. Taip pat naudojama priešinga reikšmė – specifinė trauka. Savitasis svoris (trauka) lemia pasiekiamą orlaivio pagreitį, jo traukos ir svorio santykį. Šiuolaikinių skystojo kuro raketų variklių savitasis svoris yra 7-20 kg. trauka vienai tonai savosios masės, t.y. traukos ir svorio santykis siekia 14. NRE taip pat turi gerą traukos ir dedų masės santykį – iki 10. Tuo pačiu metu skysto kuro raketų varikliams, naudojantiems deguonies ir vandenilio kurą, santykis RT masė ir konstrukcijos masė yra per 7-8. Kietosios fazės NRE atveju šis parametras sumažinamas iki 3–5, o tai padidina varomosios sistemos savitąjį svorį, atsižvelgiant į RT svorį. Elektriniame varomajame variklyje išvystytą trauką riboja didelės energijos sąnaudos, sukuriant 1 kg. trauka (nuo 10 kW iki 1 MW). Didžiausia esamos elektros varymo sistemos trauka yra keli kilogramai. Esant papildomiems EPP elementams, prijungtiems prie EPP maitinimo šaltinio, transporto priemonės su tokia varymo sistema traukos ir svorio santykis yra daug mažesnis nei vienas. Dėl to neįmanoma jų naudoti naudingiesiems kroviniams paleisti į artimą žemės orbitą (kai kurie EJE paprastai gali veikti tik kosminiame vakuume). Tikslinga EJE naudoti tik erdvėlaivyje kaip mažos traukos variklius orientacijai, stabilizavimui ir orbitos korekcijai. Dėl mažo darbinio skysčio suvartojimo (didelis specifinis impulsas) EJE nepertraukiamo veikimo laikas gali būti matuojamas mėnesiais ir metais. Elektrinių varomųjų variklių aprūpinimas elektra iš branduolinio reaktoriaus leis juos panaudoti skrydžiams į Saulės sistemos „pakraščius“, kur saulės baterijų talpa bus nepakankama. Taigi, pagrindinis NRE pranašumas, palyginti su kitų tipų riedėjimo keliais, yra didelis specifinis impulsas, pasižymintis dideliu traukos ir svorio santykiu (dešimtys, šimtai ir tūkstančiai tonų traukos su žymiai mažesne savisvore). Pagrindinis NRE trūkumas yra galingas prasiskverbiančios spinduliuotės srautas, taip pat labai radioaktyvių urano junginių pašalinimas naudojant panaudotą RT. Šiuo atžvilgiu NRE yra nepriimtinas paleidimui ant žemės. Branduolinio kuro ir atominių elektrinių kūrimo darbai SSRS prasidėjo šeštojo dešimtmečio viduryje. 1958 metais. SSRS Ministrų Taryba priėmė daugybę nutarimų dėl raketų su branduoliniu kuru kūrimo tyrimų vykdymo. Mokslinė priežiūra buvo patikėta M.V.Keldysh, I.V. Kurchatovas ir S. P. Korolevas. Darbe dalyvavo dešimtys tyrimų, projektavimo, statybos ir montavimo organizacijų. Tai NII-1 (dabar Keldysh tyrimų centras), OKB-670 (vyriausiasis dizaineris M.M. Bondaryuk), Atominės energijos institutas (IAE, dabar Kurchatovo institutas) ir Fizikos ir galios institutas (dabar IPPE pavadintas Leipunskio vardu). , Instrumentų tyrimų institutas (vyriausiasis dizaineris AS Abramovas), tyrimų institutas-8 (dabar Mokslinių tyrimų ir projektavimo institutas – NIKIET, pavadintas Dolezhal vardu) ir OKB-456 (dabar NPO Energomash pavadintas Gluško vardu), NIITVEL (NPO „Luch“, dabar). Podolsko mokslinių tyrimų technologinis institutas – PNITI), NII-9 (dabar Aukštųjų technologijų neorganinių medžiagų tyrimų institutas – VNIINM, pavadintas AA Bochvaro vardu) ir kt. OKB-1 (vėliau pavadinimas pakeistas į Centrinį projektavimo biurą). Eksperimentinės mechanikos inžinerijos - TsKBEM, NPO Energia, RSC Energia, pavadintas Korolevo vardu), buvo sukurti preliminarūs vienpakopės balistinės raketos YAR-1 ir dviejų pakopų branduolinės cheminės raketos YakhR-2 projektai. Abu numatė naudoti 140 t traukos NRM. Projektai buvo parengti iki 1959 m. gruodžio 30 d. tačiau kovinio YR-1 kūrimas buvo pripažintas netinkamu ir darbas prie jo buvo sustabdytas. YaKhR-2 schema buvo panaši į R-7, tačiau su šešiais šoniniais pirmosios pakopos raketų blokais, aprūpintais NK-9 varikliais. Antrajame etape (centriniame bloke) buvo įrengtas KIEMAS. Raketos paleidimo masė buvo 850–880 tonų. kurių naudingoji masė 35-40 tonų. (buvo svarstytas ir variantas su pradiniu svoriu 2000 tonų. ilgis 42 m. maksimalus skersinis matmuo 19 m. naudingoji apkrova iki 150 tonų.). Visų YaKhR-2 agregatų varikliai buvo paleisti į Žemę. Šiuo atveju NRE buvo perkeltas į „tuščiosios eigos“ režimą (reaktoriaus galia buvo 0,1% vardinės, jei nebuvo darbinio skysčio srauto). Išėjimas į darbo režimą buvo atliktas skrydžio metu likus kelioms sekundėms iki šoninių blokų atskyrimo. 1959 metų viduryje. OKB-1 išdavė technines užduotis variklių gamintojams (OKB-670 ir OKB-456) parengti KIEMO su 200 ir 40 tonų traukos projektus. Pradėjus dirbti su sunkiąja nešančia rakete N-1, buvo svarstomas klausimas, ar jos pagrindu sukurti dviejų pakopų raketą su NRE antrajame etape. Tai užtikrintų bent 2-2,5 karto padidintą naudingąją apkrovą, paleidžiamą į artimą Žemės orbitą, o Mėnulio palydovo - 75-90%. Tačiau šis projektas taip pat nebuvo baigtas – raketa N-1 taip ir neskrido. OKB-456 ir OKB-670 dalyvavo kuriant branduolinės raketos variklį. Jie baigė keletą kietosios fazės branduolinio reaktoriaus projektų. Taigi OKB-456 iki 1959 m. Buvo parengti variklių RD-401 su vandens reguliatoriumi ir RD-402 su berilio reguliatoriumi, kurių trauka tuščioje erdvėje buvo 170 tonų, projektai. kurių savitasis traukos impulsas yra 428 sek. Darbinis skystis buvo skystas amoniakas. Iki 1962 m. pagal OKB-1 techninę užduotį RD-404 projektas buvo baigtas su 203 tonų trauka. kurių savitasis traukos impulsas yra 950 sek. (RT – skystas vandenilis), o 1963 m. - RD-405 su 40-50 tonų trauka. Tačiau 1963 m. visos OKB-456 pastangos buvo nukreiptos į dujų fazės branduolinių raketų variklių kūrimą. Tais pačiais metais OKB-670 sukūrė keletą YRE projektų su kietosios fazės reaktoriumi ir amonio-alkoholio mišiniu kaip RT. Pereinant nuo preliminaraus projektavimo prie realių NRE pavyzdžių kūrimo, reikėjo išspręsti dar daug klausimų ir, visų pirma, ištirti branduolinio reaktoriaus kuro elementų (kuro elementų) veikimą aukštoje temperatūroje. Kurchatovas 1958 m. pasiūlė tam sukurti sprogstamąjį reaktorių (RVD, šiuolaikinis impulsinio grafito reaktoriaus pavadinimas – IGR). Jo projektavimas ir gamyba buvo patikėta NII-8. RVD šiluminė urano dalijimosi energija nebuvo pašalinta už šerdies ribų, o įkaitino iki labai aukštų temperatūrų grafitą, iš kurio (kartu su uranu) jis buvo pridėtas. Akivaizdu, kad toks reaktorius galėtų veikti tik trumpą laiką – impulsais, su sustojimais vėsinimui. Metalinių dalių nebuvimas šerdyje leido pagaminti „blyksnius“, kurių galią ribojo tik grafito sublimacijos temperatūra. Aktyvios zonos centre buvo ertmė, kurioje buvo tiriami mėginiai. Tais pačiais 1958 m. Semipalatinsko poligone, netoli nuo vietos, kur buvo išbandyta pirmoji atominė bomba, pradėti reikiamų pastatų ir statinių statybos. 1960 metų gegužės-birželio mėn. buvo atliktas fizinis („šaltas“) reaktoriaus paleidimas, o po metų – serija paleidimų su grafito kamino įkaitinimu iki 1000 laipsnių. Siekiant užtikrinti aplinkos saugumą, stendas buvo pastatytas pagal „uždarą“ schemą – panaudotas aušinimo skystis prieš išleidžiant į atmosferą buvo laikomas gasholderiuose, o po to filtruojamas. Nuo 1962 m IGR (RVD) išbandė įvairių tipų kuro elementus ir kuro rinkles (FA), skirtus NRD reaktoriams, sukurtiems NII-9 ir NII-1. 50-ųjų antroje pusėje NII-1 ir IPPE atliko dujinių kuro elementų dujų dinamikos ir dujinių fazių reaktorių fizikos tyrimus, kurie parodė esminę galimybę sukurti dujinės fazės NRE. Tokio variklio darbinėje kameroje aplinkinio solenoido sukurto magnetinio lauko pagalba buvo sukurta „sustabdymo“ zona, kurioje uranas buvo įkaitintas iki maždaug 9000 laipsnių temperatūros. ir kaitino per šią zoną tekantį vandenilį (siekiant pagerinti absorbciją spinduliavimo energija į jį buvo įdėta specialių priedų). Dalis branduolinio kuro neišvengiamai buvo nunešta dujų srauto, todėl reikėjo nuolat kompensuoti urano nuostolius. Dujinės fazės NRE specifinis impulsas gali siekti iki 20 000 m/s. Darbas su tokiu varikliu prasidėjo 1963 m. OKB-456 (moksliškai prižiūrint NII-1). 1962 metais. IPPE buvo sukurtas eksperimentinis stendas IR-20 su kietafaziu reaktoriumi, kuriame moderatorius buvo vanduo. Jis pirmasis ištyrė kietųjų fazių branduolinių reaktorių fizinius parametrus, kurie buvo tolesnių projektų pagrindas. 1968 metais. Atsižvelgiant į IR-20 stende įgytą patirtį, čia buvo pastatytas fizinis stendas „Strela“, ant kurio buvo sumontuotas reaktorius, kuris buvo gana artima skrydžio tipo branduoliniam reaktoriui. Kitas žingsnis kuriant branduolinį raketinį variklį buvo specialaus eksperimentinio stendo, skirto antžeminiam branduolinės raketos variklio prototipui išbandyti, sukūrimas. 1964 metais. Buvo išleistas Vyriausybės nutarimas dėl branduolinių raketų variklių bandymų stendo komplekso, pavadinto „Baikalu“, statybos Semipalatinsko bandymų poligone. Iki 1965 metų vasario mėn. IAE parengė techninę Baikalo komplekso reaktoriaus kūrimo užduotį (gavo IVG-1 tyrimų aukštos temperatūros dujomis aušinamą indeksą). NII-8 pradeda kurti (moksliškai prižiūrint IAE). Kuro rinklių kūrimas ir gamyba priskirta NIITVEL. 1966 metais. pirmojo sovietinio kietojo fazio branduolinio reaktoriaus (indeksas 11B91 arba RD-0410) kūrimas buvo perduotas Voronežo KB Khimavtomatiki (KBKhA) Ch. dizaineris A.D. Konopatovas. 1968 metais. NPO Energomash (OKB-456) baigė kurti variklio su dujinės fazės reaktoriumi projekto projektą. Variklis, pavadintas RD-600, turėjo turėti apie 600 tonų trauką. kurių savitasis svoris yra apie 60 tonų. Berilis ir grafitas buvo naudojami kaip moderatoriai ir atšvaitai. РТ - vandenilis, pridedant ličio. 1968 metų gegužės 24 d Vyriausybė išleido dekretą, numatantį branduolinio raketinio variklio sukūrimą pagal siūlomą projektą, taip pat pastatyti stendo bazę jo bandymams, kuri gavo pavadinimą „Baikal-2“. Kartu su skrydžio prototipo YARD 11B91 kūrimu KBKhA, NII-1 buvo sukurtas jo stendo prototipas (IR-100). 1970 metais. Šie darbai buvo sujungti (programa gavo indeksą 11B91-IR-100), o visi NRM stendų ir skrydžio modelių projektavimo darbai buvo sutelkti KBKhA. Fizinis pirmojo reaktoriaus YARD 11B91-IR-100 paleidimas buvo atliktas IPPE prie Strela stendo. Tam buvo atlikta plati tyrimų programa. Baikalo komplekso statyba truko kelerius metus. Kompleksą turėjo sudaryti dvi šachtos, kuriose eksperimentiniai reaktoriai buvo nuleisti naudojant portalinį kraną. 1972 metų rugsėjo 18 d fizinis IVG-1 reaktoriaus paleidimas įvyko kaip pirmosios Baikalo komplekso darbo vietos dalis. Jis taip pat galėtų būti naudojamas kaip būsimo YARD, kurio trauka 20–40 tonų, bandymų stendo prototipas. ir kaip stendas naujų rūšių branduoliniam kurui išbandyti. Reaktorius turėjo berilio reflektorių, o moderatorius buvo vanduo. Jo šerdį sudarė 31 kuro rinklė. Vandenilį, aušinantį branduolinį kurą, buvo galima įkaitinti iki 2500 laipsnių, o specialiame centriniame kanale gauti visus 3000. Energingas paleidimas įvyko tik 1975 metų kovo pradžioje. o tai buvo paaiškinta būtinybe baigti statyti visus stendo komplekso pastatus ir statinius, atlikti didelį personalo paleidimą ir mokymą. Požeminiame bunkeryje, esančiame tarp kasyklų, buvo instrumentai. Kitas yra 800 m atstumu. buvo valdymo pultas. Prie valdymo pulto buvo galima patekti iš saugios zonos pusantro kilometro požeminiu tuneliu. Prie kasyklos 150m gylyje. buvo padėtas sferinis konteineris, kuriame aukštu slėgiu buvo pumpuojamas dujinis vandenilis. Kaitinamas reaktoriuje iki beveik 3000 laipsnių. vandenilis buvo išmestas tiesiai į atmosferą. Tačiau dalijimosi produktų pašalinimas šiuo atveju buvo artimas radioaktyviosioms emisijoms, kurias išmetė atominės elektrinės normaliai eksploatuojant. Ir vis dėlto per dieną prie kasyklos nebuvo galima priartėti arčiau nei pusantro kilometro, o prie pačios kasyklos nebuvo galima priartėti mėnesį. Per 13 veiklos metų buvo atlikti 28 karštieji IVG-1 reaktoriaus paleidimai. 4 eksperimentiniuose branduoliuose buvo išbandyta apie 200 dujomis aušinamų kuro rinklių. Daugelio mazgų, pagamintų esant vardinei galiai, tarnavimo laikas buvo 4000 sek. Daugelis šių bandymų rezultatų gerokai viršija tuos, kurie buvo gauti atliekant darbus pagal NRE programą JAV, nes maksimalus šilumos išsiskyrimo tankis IVG-1 reaktoriaus aktyvioje zonoje siekė 25 kW/cm. palyginti su 5,2 amerikiečiams, vandenilio temperatūra kuro rinklių išleidimo angoje buvo apie 2800 laipsnių, palyginti su 2300 amerikiečių. 1977 metais. pradėta eksploatuoti antroji „Baikal“ suolų komplekso A darbo vieta, kurioje 1977 m. rugsėjo 17 d. buvo atliktas YRD 11B91-IR-100 pirmojo stendinio reaktoriaus, pavadinto IRGIT, fizinis paleidimas. Po šešių mėnesių, 1978 m. kovo 27 d. buvo atliktas elektros paleidimas. Kurio metu buvo pasiekta 25 MW galia (15 % projektinės), vandenilio temperatūra 1500 laipsnių, veikimo laikas 70 sekundžių. Per bandymus 1978 m. liepos 3 d. ir 1978 metų rugpjūčio 11 d. buvo pasiekta 33 MW ir 42 MW galia, vandenilio temperatūra 2360 laipsnių. 70-ųjų pabaigoje, 80-ųjų pradžioje stendo komplekse buvo atliktos dar dvi bandymų serijos - antroji ir trečioji 11B91-IR-100 transporto priemonės. Taip pat buvo tęsiami kuro rinklių IGR ir IVG reaktoriuose bandymai, vykdomos konstrukcijų statybos, siekiant pradėti eksploatuoti antrąją-B darbo vietą varikliui bandyti skystuoju vandeniliu. Tuo pačiu metu Zagorske netoli Maskvos esančiame stende buvo atlikti vadinamojo „šaltojo“ 11B91X variklio, kuriame nebuvo branduolinio reaktoriaus, bandymai. Vandenilis buvo šildomas specialiuose šilumokaičiuose iš įprastų deguonies-vandenilio degiklių. Iki 1977 m. buvo išspręstos visos „šalto“ variklio darbo užduotys (agregatai galėjo dirbti valandų valandas). Iš esmės NRM buvo sukurtas ir jo paruošimas skrydžio bandymams buvo dar kelerių metų reikalas. YRD 11B91 turėjo heterogeninį šiluminių neutronų reaktorių, moderatorius buvo cirkonio hidridas, berilio reflektorius, branduolinio kuro medžiaga, pagaminta iš urano ir volframo karbidų, kurių urano-235 kiekis buvo apie 80%. Tai buvo palyginti mažas metalinis cilindras, kurio skersmuo buvo apie 50 cm. ir apie metro ilgio. Viduje – 900 plonų strypų, kuriuose yra urano karbido. NRD reaktorius buvo apjuostas berilio neutronų reflektoriumi, į kurį buvo įkomponuoti būgnai, iš vienos pusės padengti neutronų absorberiu. Jie atliko valdymo strypų vaidmenį – priklausomai nuo to, kuri būgnų pusė buvo atsukta į šerdį, jie sugerdavo daugiau ar mažiau neutronų, reguliuodami rektoriaus galią (amerikiečiai turėjo tokią pat schemą). Maždaug 1985 m. YARD 11B91 galėtų atlikti pirmąjį skrydį į kosmosą. Tačiau tai neįvyko dėl įvairių priežasčių. Iki devintojo dešimtmečio pradžios buvo pasiekta reikšmingų sėkmių kuriant labai efektyvius skystojo kuro raketų variklius, o tai kartu su Mėnulio ir kitų šalia esančių Saulės sistemos planetų tyrinėjimo planų atsisakymu suabejojo galimybė sukurti branduolinį raketų variklį. Kylantys ekonominiai sunkumai ir vadinamoji „perestroika“ lėmė tai, kad 1988 metais visa kosmoso pramonė buvo „gėdoje“. darbas su branduoliniu kuru SSRS buvo nutrauktas. K. E. Ciolkovskis išsakė idėją panaudoti elektrą reaktyvinei traukai sukurti dar 1903 m. Pirmoji eksperimentinė ERE buvo sukurta Dujų dinaminėje laboratorijoje (Leningrade), vadovaujant VP Gluško 1929–1933 m. Galimybė sukurti EJE pradėta nagrinėti šeštojo dešimtmečio pabaigoje IAE (vadovaujant L. A. Artsimovičiui), NII-1 (vadovaujant V. M. Ievlevui ir A. A. Porotnikovo) ir daugelyje kitų organizacijų. Taigi OKB-1 buvo atlikti tyrimai, kurių tikslas buvo sukurti branduolinį elektrinį varomąjį variklį. 1962 metais. Į preliminarų LV N1 projektą buvo įtrauktos „Sunkių tarpplanetinių laivų branduolinės energijos varymo medžiagos“. 1960 metais. išleistas Vyriausybės nutarimas dėl elektros varomosios sistemos darbų organizavimo. Be IAE ir NII-1, darbuose dalyvavo dešimtys kitų mokslinių tyrimų institutų, projektavimo biurų ir organizacijų. Iki 1962 m. NII-1 buvo sukurtas erozinio tipo impulsinis plazminis stūmiklis (SPD). SPD plazma susidaro dėl kieto dielektriko (fluoroplasto-4, dar žinomo kaip teflono) išgaravimo (abliacijos) impulsiniame (kibirkšties) elektros iškrova trukmės kelios mikrosekundės (impulso galia 10-200 MW), po to seka elektromagnetinis plazmos pagreitis. Pirmieji tokio variklio gyvavimo bandymai prasidėjo kovo 27 dieną ir tęsėsi iki 1962 metų balandžio 16 dienos. Vidutinis energijos suvartojimas 1 kW (impulsas - 200 MW), trauka buvo 1 g. - traukos "kaina" 1 kW / g. Atliekant bandymus erdvėje, reikėjo maždaug 4 kartus mažesnės traukos „kainos“. Tokie parametrai buvo pasiekti iki 1962 m. pabaigos. Naujas variklis sunaudojo 50 W (impulso galia 10 MW), kad būtų sukurta 0,2 g trauka. (vėliau traukos „kaina“ buvo padidinta iki 85 W per 1 metus). 1963 metų kovo mėn. Sukurta ir išbandyta SPD pagrindu sukurta erdvėlaivio nuolatinės srovės stabilizavimo sistema, kurioje buvo šeši varikliai, įtampos keitiklis (kibirkštinis išlydis buvo sukurtas 100 μF talpos kondensatoriais, kurių įtampa 1 kV), programų perjungimo įtaisas. , aukštos įtampos sandarios jungtys ir kita įranga. Plazmos temperatūra siekė 30 tūkstančių laipsnių. o galiojimo greitis yra 16 km/sek. Pirmasis erdvėlaivio („Zond“ tipo tarpplanetinio zondo) su EJE paleidimas buvo numatytas 1963 m. lapkritį. Paleidimas 1963 m. lapkričio 11 d. baigėsi nešančiosios raketos gedimu. Tik 1964 metų lapkričio 30 d. AMS „Zond-2“ su EJE laive sėkmingai paleido į Marsą. 1964 metų gruodžio 14 d daugiau nei 5 milijonų km atstumu nuo Žemės buvo įjungti plazminiai varikliai (tam laikui buvo išjungti dujų dinaminiai varikliai), kurie buvo maitinami saulės baterijomis. Per 70 min. šeši plazminiai varikliai išlaikė reikiamą stoties orientaciją erdvėje. JAV 1968 m. Buvo paleistas ryšių palydovas „LES-6“ su keturiais eroziniais SPD, kurie veikia daugiau nei 2 metus. Dėl tolesnis darbas ERE organizavo OKB "Fakel" (OKB, pavadinto BS Stechkin Kaliningrade, pagrindu). Pirmoji OKB „Fakel“ plėtra buvo „Globus“ tipo karinio erdvėlaivio (AES „Gorizont“) stabilizavimo ir orientavimo sistemos EPD, artima SPD „Zond-2“. Nuo 1971 m. meteorologinio palydovo „Meteor“ orbitos korekcijos sistemoje buvo panaudoti du OKB Fakel plazminiai varikliai, kurių kiekvienas, sveriantis 32,5 kg, sunaudojo apie 0,4 kW, o išvystęs apie 2 g trauką. ištekėjimo greitis viršija 8 km/s, RT atsargos (suspaustas ksenonas) buvo 2,4 kg. Nuo 1982 m „Luch“ geostacionarių ryšių palydovuose naudojami „Fakel Design Bureau“ sukurti EPE. Iki 1991 m EJE sėkmingai veikė 16 erdvėlaivių. Daugiau informacijos apie ERE bus aprašyta atskirame Sayia puslapyje. Sukurtų EJE trauką ribojo laive esančių energijos šaltinių elektros galia. Norint padidinti EPP trauką iki kelių kilogramų, reikėjo padidinti galią iki kelių šimtų kilovatų, o tai tradiciniais metodais (akumuliatoriais ir saulės baterijomis) praktiškai buvo neįmanoma. Todėl lygiagrečiai su elektros varymo darbais IPPE, IAE ir kitose organizacijose buvo pradėtas darbas tiesiogiai paversti branduolinio reaktoriaus šiluminę energiją elektros energija. Pašalinus tarpinius energijos konversijos etapus ir nesant judančių dalių, buvo galima sukurti kompaktiškas, lengvas ir patikimas pakankamai didelės galios ir išteklių jėgaines, tinkamas naudoti erdvėlaiviuose. 1965 metais. OKB-1 kartu su IPPE buvo sukurtas preliminarus atominės elektrinės YaERD-2200 projektas. tarpplanetinis laivas su įgula. Varomąją sistemą sudarė du blokai (kiekvienas turėjo savo atominę elektrinę), kiekvieno bloko elektros galia 2200 kW, trauka 8,3 kg. Magnetoplazmos variklio specifinis impulsas buvo apie 54 000 m / s. 1966-70 metais. buvo parengtas preliminarus šiluminės emisijos atominės elektrinės (11B97) projektas ir EJE Marso kompleksui, kurį LV N1M atims. Branduolinės energetikos varomoji sistema buvo surinkta iš atskirų blokų, vieno bloko elektros galia siekė iki 5 MW. EJE trauka - 9,5 kg. esant savitam traukos impulsui 78000 m/s. Tačiau galingų branduolinės energijos šaltinių sukūrimas užtruko daug ilgiau nei tikėtasi. Radioizotopiniai termoelektriniai generatoriai (RTG), naudojantys radioaktyviųjų izotopų (pavyzdžiui, polonio-210) savaiminio dalijimosi šilumą, dėl savo konstrukcijos paprastumo ir mažo svorio buvo pirmieji praktikoje. Termoelektrinis keitiklis iš esmės buvo įprasta termopora. Tačiau palyginti mažas RTG energijos suvartojimas ir didelė naudojamų izotopų kaina labai apribojo jų taikymą. Termoelektrinių ir terminių energijos keitiklių naudojimas kartu su branduoliniais reaktoriais, sujungtais į vieną bloką (konverterinį reaktorių), buvo geresnes perspektyvas ... Eksperimentiniam mažo dydžio reaktoriaus-keitiklio sukūrimo galimybės patikrinimui TEA (kartu su NPO „Luch“) 1964 m. buvo sukurta eksperimentinė sąranka „Romashka“. Akdinėje išskiriama šiluma šildydavo išoriniame reaktoriaus paviršiuje esantį termoelektrinį keitiklį, susidedantį iš daugybės silicio-germanio puslaidininkinių plokščių, o kitą jų paviršių vėsino radiatorius. Elektros galia buvo 500 W. kurių reaktoriaus šiluminė galia 40 kW. „Romashki“ bandymai netrukus buvo nutraukti, nes atominėje elektrinėje BES-5 („Buk“) jau buvo atliekami daug didesnės galios bandymai. 2800 W elektros galios AE BES-5, skirtos JAV-A radaro žvalgybos erdvėlaivio įrangai maitinti, pradėta kurti 1961 m. NPO „Krasnaya Zvezda“, prižiūrint IPPE. Pirmasis erdvėlaivio US-A skrydis (1970 m. spalio 3 d. „Cosmos-367“) buvo nesėkmingas – AE BES-5 veikė 110 minučių. po kurio išsilydo reaktoriaus aktyvioji zona. Kiti 9 modifikuotos atominės elektrinės paleidimai buvo sėkmingi 1975 m. Erdvėlaivį US-A priėmė karinis jūrų laivynas. 1978 metų sausio mėn. sugedus erdvėlaiviui US-A (Kosmos-954, Buk atominės elektrinės fragmentai nukrito į Kanados teritoriją. Iš viso (iki eksploatacijos nutraukimo 1989 m.) buvo atlikti 32 šių erdvėlaivių paleidimai. Lygiagrečiai su darbais dėl atominių elektrinių su termoelektriniais generatoriais sukūrimo - buvo atliktas darbas atominėse elektrinėse su termokonverteriais, kurios turėjo didesnį efektyvumą, tarnavimo laiką ir svorio bei dydžio charakteristikas.Šiluminėse atominėse elektrinėse termioninės emisijos iš paviršiaus poveikis buvo naudojamas pakankamai šildomas laidininkas. bazė Kijeve (1970 m. tokia pati bazė atsirado Alma-Atoje). Darbus vykdė du kūrėjai – NPO „Krasnaja Zvezda“ (mokslinis IPPE valdymas) kūrė atominę elektrinę „Topazas“. ", kurio elektros galia yra 5-6,6 kW. Radiolo palydovams - nacionalinei žvalgybai, "Energovak-TsKBM" (RRC Kurchatovo instituto mokslinė vadyba) sukūrė Jenisejaus atominę elektrinę televizijos transliavimo erdvėlaiviui "Ekran-AM". Kartą jis buvo išbandytas erdvėje erdvėlaivyje Plasma-A (1987 m. vasario 2 d.). „Kosmosas-1818“ ir 1987 m. liepos 10 d. „Kosmosas-1867“). Turėdamas numatomus vienerių metų išteklius, jau antrojo skrydžio metu Topazas dirbo daugiau nei 11 mėnesių, tačiau paleidimai sustojo. Darbai Jenisejaus atominėje elektrinėje buvo nutraukti antžeminių bandymų etape, nes buvo nutraukti darbai erdvėlaivyje, kuriam jie buvo skirti. Daugiau informacijos apie erdvėlaivių branduolinės energijos šaltinius bus aprašyta atskirame svetainės puslapyje. 1970 metais. NPO „Energomash“ sukūrė kosminės atominės elektrinės su dujinės fazės reaktoriumi (su netekančia skiliųjų medžiagų zona) EU-610 projektą, kurio elektros galia yra 3,3 GW. Tačiau darbo metu iškilusios problemos neleido įgyvendinti šio projekto. 1978 metais. NPO „Krasnaya Zvezda“ parengė techninius pasiūlymus 2 „Zarya-3“ atominės elektrinės variantams, kurių elektros galia yra 24 kW, o ištekliai – daugiau nei metus. Pirmasis variantas yra Topaz-1 atominės elektrinės modifikacija, kitas turėjo originalią schemą (išoriniai TEC su šilumos vamzdžiais). Darbai su įrenginiais buvo nutraukti dėl to, kad nebuvo prijungtas prie konkrečių erdvėlaivių. Laikotarpiu 1981-86 m. buvo atlikta daug projektavimo ir plėtros bei eksperimentinių darbų, nurodančių esminę galimybę pailginti atominės elektrinės tarnavimo laiką iki 3-5 metų ir elektros galią iki 600 kW. 1982 metais. „NPO Energia“ (TsKBEM), remdamasi ŪM technine užduotimi, parengė techninį pasiūlymą dėl branduolinio tarporbitinio vilkiko „Hercules“, kurio elektros galia 550 kW, paleidžiamo į etaloninę orbitą 200 km aukštyje. kompleksas „Energia-Buran“ arba LV „Proton“. 1986 metais. parengtas techninis pasiūlymas naudoti tarporbitinį vilkiką su branduoliniu elektriniu varomuoju varikliu kroviniams, sveriantiems iki 100 tonų, gabenti į geostacionarią orbitą, kurie paleidžiami į nešančiosios raketos „Energia“ etaloninę orbitą. Tačiau šie darbai nebuvo tęsiami. Taigi SSRS niekada nebuvo sukurta tikrai veikianti branduolinė elektrinė varomoji sistema, nors atominės elektrinės buvo sėkmingai eksploatuojamos serijiniuose erdvėlaiviuose. Pirmasis ir vienintelis erdvėlaivis, turintis AE su ERE, buvo amerikietiškas „Snapshot“, paleistas 1965 m. balandžio 3 d. Reaktoriaus-keitiklio elektros galia buvo 650 W. Prie aparato buvo sumontuotas eksperimentinis jonų variklis. Tačiau jau pirmą kartą įsijungus elektriniam varikliui (43-ią skrydžio dieną) reaktorius buvo avariniu būdu išjungtas. Galbūt to priežastis buvo elektros varomojo variklio darbą lydintys aukštos įtampos gedimai, dėl kurių buvo gauta klaidinga komanda atstatyti reaktoriaus reflektorių, dėl ko jis užstrigo. 1992 metais. JAV nupirko dvi Jenisejaus atomines elektrines Rusijoje. Vienas iš reaktorių turėjo būti panaudotas 1995 m. „Kosmoso eksperimente su branduoline elektrine varymo sistema“. Tačiau 1996 m. projektas buvo uždarytas. JAV branduolinio raketinio variklio sukūrimo problemos tyrimai Los Alamos laboratorijoje atliekami nuo 1952 m. 1957 metais. prasidėjo darbas su Rover programa. Priešingai nei SSRS, kur buvo atliekami kuro rinklių ir kitų variklio elementų bandymai po elementą, JAV ėjo viso reaktoriaus kūrimo ir bandymo iš karto keliu. Pirmasis reaktorius, pavadintas „Kiwi-A“ („KIWI-A“), buvo išbandytas 1959 m. liepos 1 d. specialioje treniruočių aikštelėje Nevados valstijoje. Tai buvo vienalytis reaktorius, kurio šerdis buvo surinkta iš neapsaugotų plokščių, sudarytų iš grafito ir urano-235 oksido mišinio, prisodrinto iki 90%. Sunkusis vanduo buvo naudojamas kaip neutronų moderatorius. Urano oksidas neatlaikė aukštų temperatūrų, o kanalais tarp plokščių praeinantis vandenilis galėjo įkaisti tik iki 1600 laipsnių. Šių reaktorių galia siekė tik 100 MW. „Kiwi-A“, kaip ir visi vėlesni, bandymai buvo atlikti su atvira iškrova. Išmetamųjų produktų aktyvumas buvo mažas, o darbų atlikimui bandymo zonoje praktiškai nebuvo taikomi jokie apribojimai. Reaktoriaus bandymai buvo baigti 1961 metų gruodžio 7 dieną. (per paskutinį paleidimą šerdis sugriuvo, o plokštelių šiukšlės buvo išmestos į išmetamųjų dujų srautą). Šešių NRE „karštų testų“ gauti rezultatai labai džiugino, o pradžioje 1961 m. buvo parengta ataskaita apie būtinybę išbandyti reaktorių skrendant. Tačiau netrukus „svaigulys“ nuo pirmųjų laimėjimų ėmė dingti ir tapo aišku, kad kuriant NRE trukdo daug problemų, kurių sprendimas pareikalaus daug laiko ir pinigų. Be to, pažanga kuriant cheminius variklius karinėms raketoms paliko tik kosmoso sektorių, skirtą branduolinėms raketoms naudoti. Nepaisant to, kad atvykus į baltieji rūmai Kenedžio administracijos metu (1961 m.) darbas su lėktuvu su branduoliniu varikliu buvo nutrauktas, „Rover“ programa buvo pavadinta „viena iš keturių prioritetinių kosmoso užkariavimo krypčių“ ir buvo toliau plėtojama. Kuriant NRM skrydžio versiją, buvo priimtos naujos programos „Rift“ (RIFT – Reactor In Flight Test – reaktorius bandomajame skrydyje) ir „Nerva“ (NERVA – Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Kiwi serijos reaktorių bandymai buvo tęsiami. 1962 metų rugsėjo 1 d buvo išbandytas 1100 MW galios „Kiwi-V“, dirbantis skystuoju vandeniliu. Urano oksidas buvo pakeistas karščiui atsparesniu karbidu, be to, sluoksniai pradėti dengti niobio karbidu, tačiau bandymo metu, bandant pasiekti projektinę temperatūrą, reaktorius pradėjo griūti (plokštelių fragmentai pradėjo griūti išskristi pro antgalį). Kitas paleidimas įvyko 1962 m. lapkričio 30 d. bet po 260 sek. Bandymas buvo nutrauktas dėl stiprios vibracijos atsiradimo reaktoriaus viduje ir liepsnos blyksnių išmetimo srovėje. Dėl šių gedimų, suplanuotų 1963 m. Kiwi-V reaktorių bandymai buvo nukelti kitiems metams. 1964 metų rugpjūčio mėn. Buvo atliktas ir kitas bandymas, kurio metu variklis 900 MW galia dirbo ilgiau nei aštuonias minutes, išvystydamas 22,7 tonos trauką. esant 7500 m/s ištekėjimo greičiui. Pačioje 1965 metų pradžioje. buvo atliktas paskutinis bandymas, kurio metu reaktorius buvo sunaikintas. Jis buvo specialiai atvestas prie sprogimo dėl greito „pagreičio“. Jei normaliam reaktoriaus perėjimui iš nulinės galios į pilną galią reikia dešimčių sekundžių, tai šiame bandyme tokio perėjimo trukmę lėmė tik valdymo strypų inercija, o po jų perkėlimo į pilną galią – maždaug 44 milisekundės. pozicijoje įvyko sprogimas, atitinkantis 50-60 kg. trinitrotoluenas. „Rift“ programa numatė raketos „Saturn-V“ paleidimą su eksperimentiniu reaktoriumi balistine trajektorija iki 1000 km aukščio. ir vėlesnis jų kritimas į pietinę Atlanto vandenyno dalį. Prieš įeinant į vandenį, KIEMO reaktorių teko susprogdinti (tuomet apie radiacinę saugą mažai kas galvojo). Tačiau metai iš metų programos įgyvendinimas vėlavo ir galiausiai nebuvo įgyvendintas. Pirmajame etape darbas su NERVA varikliu buvo pagrįstas šiek tiek modifikuotu Kiwi-V reaktoriumi, kuris buvo pavadintas NERVA-NRX (Branduolinės raketos eksperimentinė - branduolinė raketa eksperimentinis). Kadangi iki to laiko dar nebuvo rasta medžiagos, galinčios veikti 2700–3000 laipsnių temperatūroje. ir siekiant atsispirti sunaikinimui karštu vandeniliu, buvo nuspręsta sumažinti darbinę temperatūrą ir apriboti specifinį impulsą iki 8400 m/sek. Reaktoriaus bandymai pradėti 1964 m., jie pasiekė 1000 MW galią, apie 22,5 tonos traukos jėgą. ištekėjimo greitis didesnis nei 7000 m/s. 1966 metais. pirmą kartą variklis buvo išbandytas esant pilnai 1100 MW galiai. Prie kurio jis dirbo 28 minutes. (iš 110 minučių darbo). Vandenilio temperatūra reaktoriaus išėjimo angoje siekė 2000 laipsnių, trauka – 20 tonų. Kitame programos etape turėjo būti naudojami galingesni reaktoriai „Phoebus“, o vėliau „Pewee“. Pažangūs kietosios fazės grafito reaktoriai NERVA varikliui pagal Phoebus programą buvo kuriami Los Alamos laboratorijoje nuo 1963 m. Pirmasis iš šių reaktorių yra maždaug tokių pat matmenų kaip ir Kiwi-V (skersmuo 0,813 m, ilgis 1,395 m), tačiau jis skirtas maždaug dvigubai didesnei galiai. Šio reaktoriaus pagrindu buvo planuojama sukurti variklį NERVA-1. Kita modifikacija, kurios galia apie 4000–5000 MW, turėjo būti naudojama NERVA-2 varikliui. Šio variklio traukos diapazonas yra 90-110 t. turėjo būti iki 9000 m/s ištekėjimo greitis. Variklio aukštis apie 12m. išorinis skersmuo - 1,8m. Darbinio skysčio sąnaudos 136kg/s. NERVA-2 variklio svoris buvo maždaug 13,6 tonos. dėl finansinių sunkumų variklio NERVA-2 netrukus buvo atsisakyta ir pereita prie padidintos galios variklio NERVA-1 su 34 tonų trauka. debitas 8250 m/s. Pirmasis šio variklio reaktoriaus NRX-A6 bandymas buvo atliktas 1967 metų gruodžio 15 dieną. 1969 metų birželio mėn. įvyko pirmieji karštieji eksperimentinio variklio „NERVA XE“ bandymai esant 22,7 tonos traukai. Bendras variklio veikimo laikas buvo 115 minučių, atlikti 28 paleidimai. KIEMAS „NERVA-1“ turėjo homogeninį reaktorių su 1 m skersmens aktyvia zona. ir 1,8 m aukščio. susidedantis iš 1800 strypų šešiakampių kuro elementų (branduolinio kuro koncentracija 200 - 700 mg/cc). Reaktorius turėjo apie 150 mm storio žiedinį berilio oksido reflektorių. Reaktoriaus jėgos indas pagamintas iš aliuminio lydinio, vidinis radiacijos skydas – iš kompozitinės medžiagos (boro karbido – aliuminio – titano hidrido). Tarp reaktoriaus ir turbosiurblių blokų taip pat galima įrengti papildomą išorinę apsaugą. NASA laikė variklį tinkamu planuotai misijai į Marsą. Jis turėjo būti sumontuotas viršutinėje nešančiosios raketos „Saturn-5“ pakopoje. Toks vežėjas į kosmosą galėtų nešti du ar tris kartus didesnį naudingąjį krovinį nei jo grynai cheminė versija. Bet dauguma Amerikos kosmoso programą atšaukė prezidento Niksono administracija. O nutraukimas 1970 m. raketų Saturn-5 gamyba galutinai užbaigė NRM naudojimo programą. Los Alamose darbas su Pewee varikliais pagal Rover programą tęsėsi iki 1972 m. po kurio programa pagaliau buvo uždaryta. Pagrindinis skirtumas tarp mūsų ir amerikietiškų NRM yra tas, kad jie buvo nevienalyčiai. Vienarūšiuose (homogeniniuose) reaktoriuose sumaišomas branduolinis kuras ir moderatorius. Buitinėje NRE branduolinis kuras buvo koncentruojamas kuro strypuose (atskirai nuo moderatoriaus) ir buvo uždarytas izoliatoriuje, todėl moderatorius veikė daug žemesnėje temperatūroje nei amerikietiškuose reaktoriuose. Tai leido atsisakyti grafito ir naudoti cirkonio hidridą kaip moderatorių. Dėl to reaktorius pasirodė esąs daug kompaktiškesnis ir lengvesnis nei grafitinis. Tai kartu su sovietų konstruktorių rastų strypų forma (keturskilčių skerspjūvio ir susuktų ilgio) leido žymiai sumažinti urano nuostolius dėl strypų sunaikinimo (to nebuvo galima visiškai atmesti sunaikinimą). Šiuo metu tik JAV ir Rusija turi didelę patirtį kuriant ir statant kietafazius NRE, o prireikus sugebės tokius variklius sukurti per trumpą laiką ir už prieinamą kainą. Reaktorių kompleksai IGR ir IVG-1 dabar priklauso Kazachstano Respublikos nacionaliniam branduoliniam centrui. Įranga palaikoma palyginti tinkamos būklės. Gali būti, kad atnaujinus darbus misijose į Mėnulį ir Marsą, atgims susidomėjimas kietosios fazės NRE. Be to, NRD naudojimas gali žymiai išplėsti Saulės sistemos tyrimo ribas, sutrumpinti laiką, reikalingą tolimas planetoms pasiekti. 2010 metais. RF prezidentas Medvedevas įsakė sukurti kosminį transporto ir energijos modulį, pagrįstą atominėmis elektrinėmis, naudojančiomis joninius elektros varomuosius variklius. NIKIET užsiims reaktoriaus kūrimu. Keldyšo centras kurs atominę elektrinę, o RSC Energia – patį transporto ir energetikos modulį. Dujų turbinos keitiklio išėjimo elektros galia vardiniu režimu bus 100-150 kW. Ksenonas turėtų būti naudojamas kaip RT. savitasis elektros varomosios jėgos impulsas yra 9000-50000 m/s. resursas 1,5-3 metai. Įrenginio masė ir matmenys turėtų leisti naudoti „Proton“ ir „Angara“ LV paleidimui. 2014 m. prasidės veikiančio prototipo antžeminiai bandymai, o iki 2017 m. branduolinis variklis bus paruoštas paleisti į kosmosą (NASA taip pat pradėjo panašią programą 2003 m.). bet tada finansavimas buvo nutrauktas). Viso projekto plėtrai reikės 17 milijardų rublių. Palauk ir pamatysi.
Radau įdomų straipsnį. Apskritai, atominiai erdvėlaiviai mane visada domino. Tai astronautikos ateitis. Didelis darbas šia tema buvo atliktas ir SSRS. Straipsnis tik apie juos.
Atominė erdvė. Svajonės ir realybė.
Fizikos ir matematikos mokslų daktaras Yu. Ya. Stavisskiy
1950 metais šaudmenų ministerijos Maskvos mechanikos institute (MMI) apsigyniau fizikos inžinieriaus laipsnį. Prieš penkerius metus, 1945 m., jame buvo suformuotas Inžinerijos ir fizikos fakultetas, ruošiantis specialistus naujai pramonei, kurios uždaviniai daugiausia buvo branduolinių ginklų gamyba. Fakultetas buvo neprilygstamas. Kartu su fundamentaliosiomis fizikos universitetinių kursų apimtimis (matematinės fizikos metodai, reliatyvumo teorija, kvantinė mechanika, elektrodinamika, statistinė fizika ir kt.) buvome dėstomos visos inžinerinės disciplinos: chemija, metalurgija, medžiagų atsparumas, teorija. mechanizmų ir mašinų ir kt. fizikas Aleksandras Iljičius Leipunskis, MMI Inžinerijos ir fizikos fakultetas laikui bėgant išaugo į Maskvos inžinerinės fizikos institutą (MEPhI). Kitas Inžinerijos ir fizikos fakultetas, kuris taip pat vėliau susijungė į MEPhI, buvo suformuotas Maskvos energetikos institute (MEI), tačiau jei MMI daugiausia dėmesio skyrė fundamentaliajai fizikai, tai Energetikos fakultete - šilumos ir elektrofizikai.
Kvantinę mechaniką studijavome iš Dmitrijaus Ivanovičiaus Blokhincevo knygos. Įsivaizduokite mano nuostabą, kai per užduotį buvau išsiųstas pas jį dirbti. Aš, aistringas eksperimentuotojas (vaikystėje ardydavau visus namų laikrodžius), staiga patenku pas garsų teoretiką. Mane apėmė lengva panika, bet atvykęs į vietą – SSRS VRM „Objektą B“ Obninske – iškart supratau, kad nerimauju veltui.
Iki to laiko pagrindinė „Objekto B“ tema, kuriai iki 1950 m. birželio mėn. faktiškai vadovavo A.I. Leipunskis, jau susiformavo. Čia jie sukūrė reaktorius su išplėstu branduolinio kuro reprodukcija – „greitaisiais augintojais“. Būdamas režisieriumi, Blokhintsevas inicijavo naujos krypties kūrimą – atominių variklių, skirtų skrydžiams į kosmosą, kūrimą. Kosmoso meistriškumas buvo sena Dmitrijaus Ivanovičiaus svajonė, net jaunystėje jis susirašinėjo ir susitiko su K.E. Ciolkovskis. Manau, kad supratimas apie milžiniškas branduolinės energijos galimybes, kurių kaloringumas milijonus kartų didesnis nei geriausio cheminio kuro, nulėmė D. I. gyvenimo kelią. Blochincevas.
„Viskas į veidą nematai“... Tais metais mes daug ko nesupratome. Tik dabar, kai pagaliau atsirado galimybė palyginti iškilių Fizikos ir energetikos instituto (IPPE) – buvusio „Objekto B“, pervadinto 1966 m. gruodžio 31 d. – poelgius ir likimus, man atrodo, teisinga. , formuojasi supratimas apie idėjas, kurios tuo metu juos skatino... Atsižvelgiant į visą institutui tenkančių bylų įvairovę, galima išskirti prioritetines mokslo kryptis, kurios pasirodė esąs svarbiausių jo fizikų interesų sferoje.
Pagrindinis AIL (kaip institutas pavadino Aleksandrą Iljičių Leipunskį už nugaros) interesas yra pasaulinės energetikos plėtra, pagrįsta greitaisiais reaktoriais (branduoliniais reaktoriais, kurie neturi apribojimų branduolinio kuro ištekliams). Sunku pervertinti šios tikrai „kosminės“ problemos, kuriai jis paskyrė paskutinį savo gyvenimo ketvirtį amžiaus, reikšmę. Leipunskis daug pastangų skyrė šalies gynybai, ypač kurdamas povandeninių laivų ir sunkiųjų orlaivių atominius variklius.
D. I. interesai. Blokhintsevas (jam prilipo slapyvardis „DI“) buvo skirti išspręsti branduolinės energijos naudojimo kosminiams skrydžiams problemą. Deja, šeštojo dešimtmečio pabaigoje jis buvo priverstas palikti šį darbą ir vadovauti tarptautinio mokslo centro – Jungtinio branduolinių tyrimų instituto Dubnoje – kūrimui. Ten jis užsiėmė impulsiniais greitaisiais reaktoriais – IBR. Tai buvo paskutinis didelis dalykas jo gyvenime.
Vienas įvartis, viena komanda
DI. Blokhincevas, dėstęs Maskvos valstybiniame universitete 1940-ųjų pabaigoje, ten pastebėjo, o paskui pakvietė dirbti į Obninską jauną fiziką Igorį Bondarenko, kuris tiesiogine prasme šėlo apie atominius erdvėlaivius. Pirmasis jos mokslinis patarėjas buvo A.I. Leipunskis ir Igoris, žinoma, nagrinėjo savo temą – greitus veisėjus.
Pagal D.I. Blokhintsevas, aplink Bondarenko susiformavusi mokslininkų grupė, kuri susivienijo, kad išspręstų atominės energijos naudojimo kosmose problemas. Be Igorio Iljičiaus Bondarenko, grupėje buvo: Viktoras Jakovlevičius Pupko, Edvinas Aleksandrovičius Stumburas ir šių eilučių autorius. Igoris buvo pagrindinis ideologas. Edvinas atliko eksperimentinius antžeminių branduolinių reaktorių modelių tyrimus kosminiuose įrenginiuose. Daugiausia užsiėmiau „mažos traukos“ raketiniais varikliais (trauką juose sukuria tam tikras greitintuvas – „joninis varomasis įtaisas“, kuris maitinamas energija iš kosminės atominės elektrinės). Mes ištyrėme procesus
teka joniniais sraigtais, antžeminiuose stenduose.
Apie Viktorą Pupko (ateityje
jis tapo IPPE kosminių technologijų skyriaus vadovu) buvo daug organizacinio darbo. Igoris Iljičius Bondarenko buvo puikus fizikas. Jis subtiliai jautė eksperimentą, sukūrė paprastus, elegantiškus ir labai efektyvius eksperimentus. Manau, kaip joks kitas eksperimentuotojas, o gal net keli teoretikai, „pajuto“ pagrindinę fiziką. Visada jautrus, atviras ir geranoriškas Igoris buvo tikrai instituto siela. Iki šiol IPPE gyvena jo idėjomis. Bondarenko gyveno nepagrįstai trumpą gyvenimą. 1964 m., būdamas 38 metų, jis tragiškai mirė dėl medikų klaidos. Tarsi Dievas, matydamas, kiek žmogus padarė, nusprendė, kad jau per daug ir įsakė: „Užteks“.
Neįmanoma neprisiminti kito unikalaus žmogaus - Vladimiro Aleksandrovičiaus Malycho, technologo „nuo Dievo“, šiuolaikinio Leskovskio kairiojo. Jei minėtų mokslininkų „produktai“ daugiausia buvo idėjos ir apskaičiuoti jų tikrovės įvertinimai, tai Malycho darbai visada turėjo išeitį „mele“. Jo technologinis sektorius, kuriame IPPE klestėjimo laikais dirbo daugiau nei du tūkstančiai darbuotojų, be perdėto galėjo padaryti viską. Be to, jis pats visada vaidino pagrindinį vaidmenį.
V.A. Malykhas pradėjo dirbti Maskvos valstybinio universiteto Branduolinės fizikos tyrimų instituto laborantu, o jo širdyje buvo trys fizikos kursai – karas neleido jam baigti studijų. 1940-ųjų pabaigoje jam pavyko sukurti techninės keramikos gamybos technologiją berilio oksido, unikalios medžiagos, didelio šilumos laidumo dielektriko pagrindu. Prieš Malykhą daugelis nesėkmingai kovojo dėl šios problemos. Kuro elementas, pagrįstas serijiniu būdu iš nerūdijančio plieno o natūralus uranas, kurį jis sukūrė pirmajai atominei elektrinei, tam ir šiandien yra stebuklas. Arba Malycho suprojektuoto reaktoriaus-elektros generatoriaus termoemisijos kuro elementas, skirtas maitinti erdvėlaivius – „girliandą“. Iki šiol nieko geresnio šioje srityje neatsirado. Malycho kūriniai buvo ne demonstraciniai žaislai, o branduolinės technologijos elementai. Jie dirbo mėnesius ir metus. Vladimiras Aleksandrovičius tapo technikos mokslų daktaru, Lenino premijos laureatu, socialistinio darbo didvyriu. 1964 m. jis tragiškai mirė nuo karinio šoko pasekmių.
Žingsnis po žingsnio
S.P. Korolevas ir D.I. Blokhintsevas jau seniai puoselėjo svajonę apie pilotuojamą skrydį į kosmosą. Tarp jų užsimezgė glaudūs darbiniai ryšiai. Tačiau šeštojo dešimtmečio pradžioje, įpusėjus „ Šaltasis karas“, Lėšų negailėta tik kariniams tikslams. Raketų technologija buvo laikoma tik branduolinių užtaisų nešėja, o apie palydovus jie net negalvojo. Tuo tarpu Bondarenko, žinodamas apie naujausius raketų mokslininkų pasiekimus, atkakliai pasisakė už dirbtinio Žemės palydovo sukūrimą. Vėliau niekas to neprisiminė.
Raketos, iškėlusios į kosmosą pirmąjį planetos kosmonautą Jurijų Gagariną, sukūrimo istorija yra įdomi. Jis siejamas su Andrejaus Dmitrijevič Sacharovo vardu. 1940-ųjų pabaigoje jis sukūrė kombinuotą dalijimosi ir termobranduolinio krūvį – „pūką“, matyt, nepriklausomai nuo „vandenilinės bombos tėvo“ Edwardo Tellerio, kuris pasiūlė panašų gaminį, vadinamą „žadintuvu“. Tačiau Telleris netrukus suprato, kad tokios schemos branduolinis užtaisas turės „ribotą“ galią, ne daugiau kaip ~ 500 kilotonų tol ekvivalento. To neužtenka „absoliučiam“ ginklui, todėl „žadintuvo“ buvo atsisakyta. Sovietų Sąjungoje 1953 metais buvo susprogdinti Sacharovo pūstieji RDS-6.
Po sėkmingų bandymų ir Sacharovo išrinkimo į akademiką tuometinis Vidutinių mašinų gamybos ministerijos vadovas V.A. Malyshevas pakvietė jį į savo vietą ir iškėlė užduotį nustatyti naujos kartos bombos parametrus. Andrejus Dmitrijevičius įvertino (be išsamaus tyrimo) naujo, daug galingesnio įkrovimo svorį. Sacharovo ataskaita buvo TSKP CK ir SSRS Ministrų Tarybos dekreto, įpareigojančio S.P. Korolevą sukurti už šį mokestį balistinė raketa... Būtent ši R-7 raketa „Vostok“ 1957 metais į orbitą iškėlė dirbtinį Žemės palydovą, o 1961 metais – erdvėlaivį su Jurijumi Gagarinu. Nebeplanuota jo naudoti kaip sunkaus branduolinio užtaiso nešiklio, nes termobranduolinių ginklų kūrimas pasuko kitu keliu.
Pradiniame kosminės branduolinės programos etape IPPE kartu su projektavimo biuru V.N. Chelomėja sukūrė sparnuotąją branduolinę raketą. Ši kryptis vystėsi neilgai ir baigėsi V.A. skyriuje sukurtais variklio elementų skaičiavimais ir bandymais. Malykha. Tiesą sakant, tai buvo apie žemai skraidantį nepilotuojamą orlaivį su reaktyviniu branduoliniu varikliu ir branduoline galvute (savotiškas „bumbingo blakės“ branduolinis analogas – vokiškas V-1). Sistema buvo paleista naudojant įprastus raketų stiprintuvus. Pasiekus nurodytą greitį, buvo sukurta trauka atmosferos oras kaitinamas berilio oksido, impregnuoto prisodrintu uranu, dalijimosi grandinine reakcija.
Paprastai tariant, raketos gebėjimą atlikti tam tikrą astronautinę užduotį lemia greitis, kurį ji įgyja panaudojus visą darbinio skysčio atsargą (kurą ir oksidatorių). Jis apskaičiuojamas pagal Ciolkovskio formulę: V = c × lnMn / Mk, kur c yra darbinio skysčio ištekėjimo greitis, o Mn ir Mk yra pradinė ir galutinė raketos masė. Įprastose cheminėse raketose srautą lemia temperatūra degimo kameroje, kuro ir oksidatoriaus tipas bei degimo produktų molekulinė masė. Pavyzdžiui, amerikiečiai naudojo vandenilį kaip kurą nusileidžiančioje transporto priemonėje, norėdami išlaipinti astronautus Mėnulyje. Jo degimo produktas yra vanduo, kurio molekulinė masė yra santykinai maža, o srautas yra 1,3 karto didesnis nei deginant žibalą. To pakanka, kad nusileidžianti transporto priemonė su astronautais pasiektų Mėnulio paviršių ir grąžintų juos į savo dirbtinio palydovo orbitą. Koroleve darbas su vandeniliniu kuru buvo sustabdytas dėl nelaimingo atsitikimo su mirtimi. Mes neturėjome laiko sukurti žmonėms nusileidžiančios Mėnulio transporto priemonės.
Vienas iš būdų žymiai padidinti galiojimo laiką yra branduolinių šiluminių raketų kūrimas. Mes turėjome balistines atomines raketas (BAR), kurių nuotolis buvo keli tūkstančiai kilometrų (bendras OKB-1 ir IPPE projektas), o amerikiečiai turėjo panašias Kiwi tipo sistemas. Varikliai buvo išbandyti bandymų aikštelėse netoli Semipalatinsko ir Nevadoje. Jų veikimo principas toks: vandenilis kaitinamas branduoliniame reaktoriuje iki aukštų temperatūrų, pereina į atominę būseną ir jau tokia forma išteka iš raketos. Šiuo atveju ištekėjimo greitis padidėja daugiau nei keturis kartus, palyginti su chemine vandenilio raketa. Klausimas buvo išsiaiškinti, iki kokios temperatūros vandenilis gali būti kaitinamas kietojo kuro elementų reaktoriuje. Skaičiavimai davė apie 3000 °K.
NII-1, kurio mokslinis direktorius buvo Mstislavas Vsevolodovičius Keldyšas (tuometinis SSRS mokslų akademijos prezidentas), V.M. Ievlevas, dalyvaujant IPPE, užsiėmė absoliučiai fantastiška schema - dujų fazės reaktoriumi, kuriame urano ir vandenilio dujų mišinyje vyksta grandininė reakcija. Iš tokio reaktoriaus vandenilis išteka dešimt kartų greičiau nei iš kietojo kuro, o uranas atsiskiria ir lieka aktyvioje zonoje. Viena iš idėjų buvo panaudoti išcentrinį atskyrimą, kai karštas urano ir vandenilio dujų mišinys yra „sukiojamas“ įeinančio šalto vandenilio, ko pasekoje, kaip centrifugoje, atskiriamas uranas ir vandenilis. Ievlevas iš tikrųjų bandė tiesiogiai atkurti procesus cheminės raketos degimo kameroje, kaip energijos šaltinį naudodamas ne kuro degimo šilumą, o dalijimosi grandininę reakciją. Tai atvėrė kelią visapusiškam energijos intensyvumo panaudojimui. atomų branduoliai... Tačiau klausimas dėl gryno vandenilio (be urano) nutekėjimo iš reaktoriaus galimybės liko neišspręstas, jau nekalbant apie technines problemas, susijusias su aukštos temperatūros dujų mišinių sulaikymu šimtų atmosferų slėgyje.
IPPE darbas su balistinėmis atominėmis raketomis buvo baigtas 1969–1970 m. „ugnies bandymais“ Semipalatinsko branduolinės raketos variklio prototipo su kietojo kuro elementais bandymų poligone. Jį sukūrė IPPE bendradarbiaudama su A.D. Konopatovas, Maskvos tyrimų institutas-1 ir daugybė kitų technologijų grupių. Variklio, kurio trauka 3,6 tonos, pagrindas buvo branduolinis reaktorius IR-100 su kuro elementais, pagamintais iš kieto urano karbido ir cirkonio karbido tirpalo. Vandenilio temperatūra siekė 3000 °K esant ~ 170 MW reaktoriaus galiai.
Mažos traukos branduolinės raketos
Iki šiol buvo kalbama apie savo svorį viršijančias traukos raketas, kurios galėtų būti paleistos iš Žemės paviršiaus. Tokiose sistemose padidinus srautą galima sumažinti darbinio skysčio atsargas, padidinti naudingąją apkrovą ir atsisakyti daugiapakopės sistemos. Tačiau yra būdų, kaip pasiekti praktiškai neribotą srautą, pavyzdžiui, medžiagos pagreitį elektromagnetiniais laukais. Šioje srityje glaudžiai bendraudamas su Igoriu Bondarenko dirbu beveik 15 metų.
Raketos su elektriniu reaktyviniu varikliu (ERE) pagreitį lemia jose įrengtos kosminės atominės elektrinės (KNPP) specifinės galios ir ištekėjimo greičio santykis. Artimiausiu metu KAE savitieji pajėgumai, matyt, neviršys 1 kW/kg. Tokiu atveju galima sukurti raketas su maža trauka, dešimtis ir šimtus kartų mažesnė už raketos svorį ir su labai mažu darbinio skysčio suvartojimu. Tokia raketa gali prasidėti tik iš dirbtinio Žemės palydovo orbitos ir, lėtai įsibėgėdama, pasiekti didelį greitį.
Skrydžiams saulės sistemoje reikalingos raketos, kurių nutekėjimo greitis yra 50–500 km / s, o skrydžiams į žvaigždes - „fotoninės raketos“, kurių nutekėjimo greitis viršija mūsų vaizduotę, vienodas greitis Sveta. Norint įvykdyti kažkaip pagrįstą ilgo nuotolio skrydį į kosmosą, reikalinga neįsivaizduojama specifinė jėgainių galia. Nors neįmanoma net įsivaizduoti, kokiais fiziniais procesais jie gali būti pagrįsti.
Skaičiavimai parodė, kad Didžiosios konfrontacijos metu, kai Žemė ir Marsas yra arčiausiai vienas kito, per vienerius metus galima nuskraidinti branduolinį erdvėlaivį su įgula į Marsą ir grąžinti jį į dirbtinio Žemės palydovo orbitą. Bendras tokio laivo svoris yra apie 5 tonos (įskaitant darbinio skysčio atsargas – cezis, lygus 1,6 tonos). Jį daugiausia lemia 5 MW KAE masė, o srovės trauką – dviejų megavatų cezio jonų pluoštas, kurio energija yra 7 keV *. Erdvėlaivis startuoja iš dirbtinio Žemės palydovo orbitos, patenka į Marso palydovo orbitą ir į jo paviršių turės nusileisti įrenginiu su vandeniliniu cheminiu varikliu, panašiu į amerikietišką Mėnulio.
Ši kryptis pagrįsta techniniai sprendimai, galima jau šiandien, buvo skirta dideliam IPPE darbų ciklui.
Joniniai judesiai
Tais metais buvo kalbama apie įvairių erdvėlaivių elektroreaktyvinių varomųjų įrenginių, tokių kaip „plazminiai ginklai“, elektrostatiniai „dulkių“ ar skysčio lašelių greitintuvai, sukūrimo būdai. Tačiau nė viena idėja neturėjo aiškaus fizinio pagrindo. Radinys buvo cezio paviršiaus jonizacija.
Dar XX amžiaus 20-ajame dešimtmetyje amerikiečių fizikas Irvingas Langmuiras atrado šarminių metalų paviršiaus jonizaciją. Kai nuo metalo (mūsų atveju volframo) paviršiaus išgaruoja cezio atomas, kuriam elektronų darbo funkcija yra didesnė už cezio jonizacijos potencialą, jis beveik 100% atvejų netenka silpnai surišto elektrono ir pasirodo. būti viengubo krūvio jonu. Taigi cezio paviršiaus jonizacija ant volframo yra fizinis procesas, leidžiantis sukurti jonų varomąjį įtaisą, naudojant beveik 100% darbinio skysčio ir kurio energijos vartojimo efektyvumas yra artimas vienybei.
Mūsų kolega Stal Yakovlevich Lebedev atliko svarbų vaidmenį kuriant tokios schemos jonų varymo įrenginio modelius. Savo geležiniu atkaklumu ir atkaklumu jis įveikė visas kliūtis. Dėl to metale buvo galima atkurti plokščią trijų elektrodų jonų varymo įrenginio schemą. Pirmasis elektrodas yra maždaug 10 × 10 cm dydžio volframo plokštė, kurios potencialas yra +7 kV, antrasis yra volframo tinklelis, kurio potencialas yra -3 kV, o trečiasis yra nulinio potencialo toriuoto volframo tinklelis. „Molekulinis pistoletas“ pagamino cezio garų spindulį, kuris per visus tinklelius nukrito ant volframo plokštės paviršiaus. „Jėgai“, tai yra jonų pluošto traukai, matuoti buvo naudojama subalansuota ir kalibruota metalinė plokštė, vadinamoji pusiausvyra.
Greitėjanti įtampa į pirmąjį tinklelį pagreitina cezio jonus iki 10 000 eV, lėtėjanti įtampa į antrąjį sulėtina iki 7000 eV. Tai energija, su kuria jonai turi palikti varomąjį įtaisą, o tai atitinka 100 km/s ištekėjimo greitį. Tačiau jonų pluoštas, apribotas erdvės krūvio, negali „išeiti į kosmosą“. Tūrinį jonų krūvį turi kompensuoti elektronai, kad susidarytų beveik neutrali plazma, kuri laisvai sklinda erdvėje ir sukuria reaktyviąją trauką. Trečiasis tinklelis (katodas), šildomas srovės, yra elektronų šaltinis, kompensuojantis jonų pluošto erdvės krūvį. Antrasis, „blokuojantis“ tinklelis neleidžia elektronams patekti iš katodo į volframo plokštę.
Pirmoji patirtis su jonų varomuoju modeliu pažymėjo daugiau nei dešimties metų darbo pradžią. Vienas naujausių modelių – su porėtu volframo spinduliuote, sukurtas 1965 m., davė apie 20 g „trauką“ esant 20 A jonų pluošto srovei, energijos panaudojimo koeficientas buvo apie 90%, o medžiagos – 95%. .
Tiesioginis branduolinės šilumos pavertimas elektros energija
Branduolio dalijimosi energijos tiesioginio pavertimo elektros energija būdai dar nerasta. Mes vis dar negalime be tarpinė nuoroda- šiluminis variklis. Kadangi jo efektyvumas visada mažesnis už vienetą, „atlieką“ šilumą reikia kažkur išmesti. Žemėje, vandenyje ir ore tai nėra problema. Kosmose yra tik vienas kelias – šiluminė spinduliuotė. Taigi KAE neapsieina be „aušintuvo-radiatoriaus“. Spinduliuotės tankis yra proporcingas ketvirtajai absoliučios temperatūros laipsniai, todėl radiatoriaus-šaldytuvo temperatūra turi būti kuo aukštesnė. Tada bus galima sumažinti skleidžiamo paviršiaus plotą ir atitinkamai elektrinės masę. Sugalvojome panaudoti „tiesioginį“ branduolinės šilumos pavertimą elektra, be turbinos ir generatoriaus, kuris atrodė patikimesnis ilgai dirbant aukštoje temperatūroje.
Iš literatūros žinojome apie A.F. Ioffe - sovietinės techninės fizikos mokyklos įkūrėjas, puslaidininkių tyrimo pradininkas SSRS. Mažai kas dabar prisimena apie dabartinius jo sukurtus šaltinius, kurie buvo naudojami Didžiojo metais Tėvynės karas... Tada ne vienas partizanų būrys turėjo ryšį su žemynu dėl „žibalo“ TEG – Ioffe termoelektrinių generatorių. Ant žibalinės lempos buvo uždėta TEG „karūnėlė“ (tai buvo puslaidininkinių elementų rinkinys), jos laidai sujungti su radijo įranga. „Karšti“ elementų galai buvo kaitinami žibalinės lempos liepsna, o „šalti“ galai buvo vėsinami oru. Šilumos srautas, eidamas per puslaidininkį, generavo elektrovaros jėgą, kurios pakako ryšio seansui, o tarpais tarp jų TEG įkrovė akumuliatorių. Kai praėjus dešimčiai metų po Pergalės apsilankėme Maskvos TEG gamykloje, paaiškėjo, kad jie vis dar randa išpardavimų. Tuo metu daugelis kaimo gyventojų turėjo energiją taupančius radijo imtuvus „Rodina“ su tiesioginėmis kaitrinėmis lempomis ir veikė baterija. Vietoj to dažnai buvo naudojami TEG.
Žibalo TEG problema yra mažas jo efektyvumas (tik apie 3,5%) ir žema ribinė temperatūra (350 °K). Tačiau šių įrenginių paprastumas ir patikimumas pritraukė kūrėjus. Taigi I.G grupės sukurti puslaidininkiniai keitikliai. Gverdtsitels Sukhumi fizikos ir technologijų institute rado pritaikymą Buk tipo erdvės įrenginiuose.
Vienu metu A.F. Ioffe'as pasiūlė dar vieną termokonverterį – diodą vakuume. Jo veikimo principas toks: įkaitęs katodas skleidžia elektronus, dalis jų, įveikdami anodo potencialą, dirba. Iš šio įrenginio buvo tikimasi žymiai didesnio efektyvumo (20-25%) Darbinė temperatūra virš 1000°K. Be to, skirtingai nei puslaidininkis, vakuuminis diodas nebijo neutroninės spinduliuotės, jį galima derinti su branduoliniu reaktoriumi. Tačiau paaiškėjo, kad „vakuuminio“ „Ioffe“ keitiklio idėjos įgyvendinti neįmanoma. Kaip ir jonų varomajame įrenginyje, vakuuminiame keitiklyje reikia atsikratyti erdvės krūvio, tačiau šį kartą ne jonų, o elektronų. A.F. Ioffe'as pasiūlė vakuuminiame keitiklyje panaudoti mikronų tarpus tarp katodo ir anodo, o tai praktiškai neįmanoma esant aukštai temperatūrai ir šiluminėms deformacijoms. Čia ir pravertė cezis: vienas cezio jonas, gautas dėl katodo paviršiaus jonizacijos, kompensuoja apie 500 elektronų tūrinį krūvį! Iš esmės cezio keitiklis yra „atvirkštinis“ jonų varomasis įtaisas. Fiziniai procesai jie artimi.
V.A. „Girliandos“. Malykha
Vienas iš IPPE darbo su termioniniais keitikliais rezultatų buvo V.A. Maža ir serijinė gamyba savo skyriuje kuro elementų iš nuosekliai sujungtų termokonverterių - "girliandų" Topaz reaktoriui. Jie davė iki 30 V – šimtą kartų daugiau nei vieno elemento keitikliai, sukurti „konkuruojančių organizacijų“ – MB Leningrado grupės. Barabash, o vėliau – Atominės energijos institutas. Tai leido iš reaktoriaus „pašalinti“ dešimtis ir šimtus kartų daugiau galios. Tačiau susirūpinimą kėlė sistemos, prikimštos tūkstančiais termioninių elementų, patikimumas. Tuo pačiu metu garuose ir dujų turbinų blokai dirbo be trikdžių, todėl atkreipėme dėmesį į branduolinės šilumos „mašininį“ pavertimą elektra.
Visas sunkumas buvo resurse, nes skrydžiuose į gilųjį kosmosą turbininiai generatoriai turėtų dirbti metus, dvejus ar net keletą metų. Norint sumažinti susidėvėjimą, „apsisukimai“ (turbinos greitis) turėtų būti kuo mažesni. Kita vertus, turbina veikia efektyviai, jei dujų ar garų molekulių greitis yra artimas jos menčių greičiui. Todėl pirmiausia svarstėme apie sunkiausių – gyvsidabrio garų – naudojimą. Tačiau mus išgąsdino intensyvi radiacijos skatinama geležies ir nerūdijančio plieno korozija, kuri įvyko gyvsidabriu aušinamame branduoliniame reaktoriuje. Per dvi savaites korozija „suvalgė“ eksperimentinio greitojo reaktoriaus „Clementine“ Argonne laboratorijoje (JAV, 1949 m.) ir IPPE reaktoriaus BR-2 (SSRS, Obninskas, 1956 m.) kuro elementus.
Kalio garai pasirodė viliojantys. Reaktorius su jame verdančiu kaliu sudarė mūsų kuriamo mažos traukos erdvėlaivio elektrinės pagrindą - kalio garai suko turbogeneratorių. Šis „mašininis“ šilumos pavertimo elektra būdas leido tikėtis iki 40 % naudingumo koeficiento, o tikri termoelektroniniai įrenginiai davė tik apie 7 %. Tačiau KAE su „mašininiu“ branduolinės šilumos pavertimu elektros energija nebuvo sukurtos. Byla baigėsi tuo, kad buvo paskelbta išsami ataskaita, iš tikrųjų – „fizinė pastaba“ į techninį mažos traukos erdvėlaivio projektą, skirtą įgulos skrydžiui į Marsą. Pats projektas niekada nebuvo vystomas.
Ateityje, manau, susidomėjimas skrydžiais į kosmosą naudojant branduolinių raketų variklius tiesiog išnyko. Mirus Sergejui Pavlovičiui Korolevui, parama IPPE darbams, susijusiems su jonų varymo sistemomis ir „mašininėmis“ atominėmis elektrinėmis, pastebimai susilpnėjo. OKB-1 vadovavo Valentinas Petrovičius Gluško, kuris nebuvo suinteresuotas drąsiais perspektyviais projektais. Jo sukurta „OKB Energia“ pastatė galingas chemines raketas ir erdvėlaivį „Buran“, kuris sugrįžtų į Žemę.
„Buk“ ir „Topazas“ serijos „Cosmos“ palydovuose
KAE su tiesioginiu šilumos pavertimu elektra, dabar kaip galingų radiotechninių palydovų (kosminių radarų stočių ir televizijos transliuotojų) energijos šaltinio, sukūrimo darbai tęsėsi iki restruktūrizavimo pradžios. 1970–1988 metais į kosmosą buvo paleista apie 30 radiolokacinių palydovų su Buk atominėmis elektrinėmis su puslaidininkiniais keitikliais ir du su Topaz termoemisijos įrenginiais. „Buk“, tiesą sakant, buvo TEG – puslaidininkinis Ioffe konverteris, tik vietoj žibalinės lempos naudojo branduolinį reaktorių. Tai buvo greitas reaktorius, kurio galia siekė iki 100 kW. Visa labai prisodrinto urano apkrova buvo apie 30 kg. Šiluma iš šerdies buvo perduota skystu metalu – eutektiniu natrio ir kalio lydiniu į puslaidininkines baterijas. Elektros galia siekė 5 kW.
Įrenginį „Buk“, prižiūrint IPPE, sukūrė OKB-670 MM ekspertai. Bondaryukas, vėliau - NPO Krasnaya Zvezda (vyriausiasis dizaineris - GM Gryaznov). Dnepropetrovsko projektavimo biurui Yuzhmash (vyriausiasis dizaineris - MK Yangel) buvo pavesta sukurti raketą, skirtą palydovui paleisti į orbitą.
„Buk“ darbo laikas – 1-3 mėn. Jei diegimas nepavyko, palydovas buvo perkeltas į ilgalaikę orbitą 1000 km aukštyje. Per beveik 20 paleidimo metų buvo trys atvejai, kai palydovas nukrito į Žemę: du – į vandenyną ir vienas – sausumoje, Kanadoje, prie Didžiojo vergų ežero. Space-954, paleistas 1978 m. sausio 24 d., ten nukrito. Dirbo 3,5 mėn. Palydovo urano elementai buvo visiškai sudeginti atmosferoje. Ant žemės buvo rastos tik berilio atšvaito ir puslaidininkių baterijų liekanos. (Visi šie duomenys pateikti bendroje JAV ir Kanados atominių komisijų ataskaitoje apie operaciją „Ryto šviesa“.)
Topazo šiluminės emisijos atominėje elektrinėje buvo naudojamas iki 150 kW galios šiluminis reaktorius. Visa urano apkrova buvo apie 12 kg – žymiai mažiau nei „Buk“. Reaktoriaus šerdis buvo kuro elementai – „girliandos“, sukurtos ir pagamintos Malykh grupės. Jie buvo termoelementų grandinė: katodas buvo volframo arba molibdeno „pirštis“, užpildytas urano oksidu, o anodas buvo plonasienis niobio vamzdis, aušinamas skystu natriu-kaliu. Katodo temperatūra pasiekė 1650 °C. Įrenginio elektros galia siekė 10 kW.
Pirmasis skrydžio prototipas – palydovas Kosmos-1818 su instaliacija Topazas į orbitą išskrido 1987 metų vasario 2 dieną ir be gedimų veikė šešis mėnesius, kol išseko cezio atsargos. Antrasis palydovas „Cosmos-1876“ buvo paleistas po metų. Orbitoje jis dirbo beveik dvigubai ilgiau. Pagrindinis „Topazo“ kūrėjas buvo OKB MMZ „Sojuz“, kuriam vadovavo S.K. Tumanskis (buvęs orlaivių variklių konstruktoriaus A.A.Mikulino projektavimo biuras).
Tai buvo šeštojo dešimtmečio pabaigoje, kai mes dirbome su jonų varomuoju įrenginiu, o jis dirbo su trečios pakopos varikliu, skirtu raketai, kuri turėjo skristi aplink Mėnulį ir ant jo nusileisti. Prisiminimai apie Melnikovo laboratoriją švieži iki šiol. Jis buvo Podlipki mieste (dabar Korolevo miestas), OKB-1 aikštelėje Nr. 3. Didžiulis, apie 3000 m2 ploto dirbtuvės, išklotos dešimtimis stalų su kilpiniais osciloskopais, įrašinėjančiais ant 100 mm ritininio popieriaus (tai buvo dar praeitis, šiandien užtektų vieno asmeninio kompiuterio). Prie cecho priekinės sienos yra stovas, kuriame sumontuota „mėnulio“ raketinio variklio degimo kamera. Osciloskopai yra prijungti prie tūkstančių laidų iš dujų greičio, slėgio, temperatūros ir kitų parametrų jutiklių. Diena prasideda 9.00 su variklio uždegimu. Jis veikia keletą minučių, tada iškart sustabdžius pirmosios pamainos mechanikų komanda jį išmontuoja, atidžiai apžiūri ir išmatuoja degimo kamerą. Tuo pačiu metu analizuojamos osciloskopinės juostos ir pateikiamos rekomendacijos dėl dizaino pakeitimų. Antroji pamaina – projektuotojai ir dirbtuvių darbuotojai atlieka rekomenduojamus pakeitimus. Trečioje pamainoje prie stendo montuojama nauja degimo kamera ir diagnostikos sistema. Po dienos, lygiai 9.00 val., vyks kitas užsiėmimas. Ir taip be poilsio dienų savaites, mėnesius. Daugiau nei 300 variklių variantų per metus!
Taip buvo sukurti cheminių raketų varikliai, kurie turėjo dirbti vos 20-30 minučių. Ką jau kalbėti apie atominių elektrinių bandymus ir modifikacijas – skaičiuojama, kad jos turėtų veikti ne vienerius metus. Tam reikėjo tikrai milžiniškų pastangų.
Branduolinis raketinis variklis – raketinis variklis, kurio veikimo principas pagrįstas branduoline reakcija arba radioaktyviu skilimu, tuo tarpu išsiskiria energija, kuri šildo darbinį skystį, kuris gali būti reakcijos produktai ar kokia kita medžiaga, pavyzdžiui, vandenilis.
Pažvelkime į veiksmo galimybes ir principus...
Yra keli raketų variklių tipai, naudojantys aukščiau aprašytą veikimo principą: branduoliniai, radioizotopiniai, termobranduoliniai. Naudojant branduolinius raketų variklius, specifinių impulsų vertes galima gauti žymiai didesnes nei tas, kurias galima gauti iš cheminių raketų variklių. Didelė specifinio impulso vertė paaiškinama dideliu darbinio skysčio nutekėjimo greičiu - apie 8-50 km / s. Branduolinio variklio traukos jėga prilygsta cheminių variklių traukai, todėl ateityje bus galima visus cheminius variklius pakeisti branduoliniais.
Pagrindinė visiško pakeitimo kliūtis yra branduolinių raketų variklių sukeltas radioaktyvusis aplinkos užterštumas.
Jie skirstomi į du tipus – kietąją ir dujinę fazę. Pirmojo tipo varikliuose skiliosios medžiagos dedamos į išvystyto paviršiaus strypų mazgus. Tai leidžia efektyviai šildyti dujinį darbinį skystį, dažniausiai vandenilis veikia kaip darbinis skystis. Galiojimo laikas ribotas maksimali temperatūra darbinis skystis, kuris, savo ruožtu, tiesiogiai priklauso nuo maksimumo leistina temperatūra konstrukcinių elementų, ir ji neviršija 3000 K. Dujinės fazės branduoliniuose raketiniuose varikliuose skiliosios medžiagos yra dujinė būsena... Jo sulaikymas darbo zonoje atliekamas veikiant elektromagnetiniam laukui. Šio tipo branduoliniams raketiniams varikliams konstrukciniai elementai neatgraso, todėl darbinio skysčio greitis gali viršyti 30 km/s. Jie gali būti naudojami kaip pirmos pakopos varikliai, nepaisant skiliųjų medžiagų nuotėkio.
70-aisiais. XX amžiuje JAV ir Sovietų Sąjungoje buvo aktyviai bandomi branduoliniai raketų varikliai su kietosios fazės skilimo medžiaga. Jungtinėse Valstijose pagal NERVA programą buvo sukurta eksperimentinio branduolinio raketinio variklio kūrimo programa.
Amerikiečiai sukūrė skystu vandeniliu aušinamą grafito reaktorių, kuris buvo šildomas, išgarinamas ir išmetamas per raketos antgalį. Grafito pasirinkimą lėmė jo atsparumas temperatūrai. Pagal šį projektą gauto variklio savitasis impulsas turėjo būti dvigubai didesnis už atitinkamą rodiklį, būdingą cheminiams varikliams, kurių trauka 1100 kN. Reaktorius „Nerva“ turėjo veikti kaip trečiojo nešančiosios raketos „Saturn V“ pakopos dalis, tačiau dėl Mėnulio programos uždarymo ir kitų užduočių nebuvimo šios klasės raketiniams varikliams reaktorius niekada nebuvo išbandytas praktiškai.
Šiuo metu teoriškai kuriamas dujų fazės branduolinis raketinis variklis. Dujinės fazės branduoliniame variklyje ketinama naudoti plutonį, kurio lėtai judantis dujų srautas yra apsuptas greitesnio aušinimo vandenilio srauto. Orbitoje kosminės stotys MIR ir ISS atliko eksperimentus, kurie gali suteikti postūmį tolimesnei dujų fazių variklių plėtrai.
Šiandien galime pasakyti, kad Rusija šiek tiek „įšaldė“ savo mokslinius tyrimus branduolinių varomųjų sistemų srityje. Rusijos mokslininkų darbas labiau orientuotas į pagrindinių atominių elektrinių blokų ir mazgų kūrimą ir tobulinimą bei jų suvienijimą. Prioritetinė tolesnių šios srities tyrimų kryptis – branduolinės energijos varomųjų sistemų, galinčių veikti dviem režimais, sukūrimas. Pirmasis yra branduolinės raketos variklio režimas, o antrasis - generuojančios elektros energijos įrengimo būdas, skirtas maitinti erdvėlaivyje sumontuotą įrangą.
