© Oksana Viktorova/Kolaž/Ridus

Izjava Vladimira Putina tokom svog obraćanja Savezna skupština, prisustvo u Rusiji krstareće rakete pokretane motorom na nuklearni pogon izazvalo je buru uzbuđenja u društvu i medijima. Istovremeno, donedavno se i široj javnosti i stručnjacima znalo prilično malo o tome što je takav motor i mogućnostima njegove upotrebe.

"Reedus" je pokušao da shvati šta tehnički uređaj predsednik je mogao da govori i šta ga je činilo jedinstvenim.

S obzirom na to da prezentacija u Manježu nije napravljena za publiku tehničkih stručnjaka, već za „širu“ javnost, njeni autori su mogli dozvoliti izvesnu zamenu koncepata, Georgij Tihomirov, zamenik direktora Instituta za nuklearnu fiziku i tehnologiju Nacionalni istraživački nuklearni univerzitet MEPhI, ne isključuje.

“Ono što je predsjednik rekao i pokazao stručnjaci nazivaju kompaktnim elektranama, eksperimenti s kojima su prvo izvedeni u avijaciji, a potom u istraživanju dubokog svemira. To su bili pokušaji da se riješi nerješivi problem dovoljne zalihe goriva pri prelijetanju na neograničene udaljenosti. U tom smislu, prezentacija je potpuno tačna: prisustvo takvog motora osigurava proizvoljno napajanje za sisteme rakete ili bilo kojeg drugog uređaja. dugo vremena“ rekao je Ridusu.

Rad s takvim motorom u SSSR-u započeo je prije tačno 60 godina pod vodstvom akademika M. Keldysha, I. Kurchatova i S. Koroljeva. U istim godinama slični radovi sprovedene u SAD, ali su prekinute 1965. U SSSR-u se rad nastavio otprilike još jednu deceniju prije nego što je također smatran irelevantnim. Možda zato Vašington nije previše reagovao, rekavši da nije iznenađen predstavljanjem ruske rakete.

U Rusiji ideja o nuklearnom motoru nikada nije umrla - posebno, od 2009. godine, u toku je praktični razvoj takvog postrojenja. Sudeći po tajmingu, testovi koje je najavio predsjednik savršeno se uklapaju u ovo zajednički projekat Roscosmos i Rosatom - budući da su programeri planirali provesti terenska ispitivanja motora 2018. Možda su se iz političkih razloga malo pogurali i pomjerili rokove “ulijevo”.

“Tehnološki je projektovan tako da nuklearna jedinica zagrijava rashladno sredstvo na plin. I ovaj zagrijani plin ili rotira turbinu ili stvara mlazni potisak direktno. Određena lukavština u prezentaciji rakete koju smo čuli je da njen domet leta nije beskonačan: ograničen je zapreminom radnog fluida – tečnog gasa, koji se fizički može upumpati u raketne rezervoare“, kaže specijalista.

Istovremeno, svemirska raketa i krstareća raketa imaju suštinski značaj različite šeme kontrolu leta, jer imaju različite zadatke. Prvi leti u bezzračnom prostoru, ne treba manevrirati - dovoljno mu je dati početni impuls, a zatim se kreće duž proračunate balističke putanje.

Krstareća raketa, s druge strane, mora kontinuirano mijenjati svoju putanju, za što mora imati dovoljno goriva za stvaranje impulsa. Da li će ovo gorivo zapaliti nuklearna elektrana ili tradicionalna, u ovom slučaju nije bitno. Bitna je samo nabavka ovog goriva, naglašava Tihomirov.

„Značenje nuklearne instalacije kada leti u duboki svemir je prisustvo na brodu izvora energije za napajanje sistema uređaja na neograničeno vrijeme. U ovom slučaju može postojati ne samo nuklearni reaktor, već i radioizotopni termoelektrični generatori. Ali značenje takve instalacije na raketi, čiji let neće trajati više od nekoliko desetina minuta, još mi nije sasvim jasno”, priznaje fizičar.

Izvještaj Manege kasnio je samo nekoliko sedmica u odnosu na NASA-inu najavu od 15. februara da Amerikanci nastavljaju istraživački rad na nuklearnom raketnom motoru, koji su napustili prije pola stoljeća.

Inače, u novembru 2017. godine China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC) objavila je da će svemirska letjelica na nuklearni pogon biti stvorena u Kini do 2045. godine. Stoga danas možemo sa sigurnošću reći da je počela globalna trka nuklearnog pogona.

Pazite, ima puno slova.

Planirano je da se u Rusiji do 2025. godine izradi model letelice svemirske letjelice s nuklearnim pogonskim sistemom (NPP). Odgovarajući rad je uključen u projekat Federalnog svemirski program za 2016–2025 (FKP-25), poslao Roskosmos na odobrenje ministarstvima.

Nuklearni energetski sistemi se smatraju glavnim obećavajućim izvorima energije u svemiru pri planiranju velikih međuplanetarnih ekspedicija. U budućnosti će nuklearna elektrana, koju trenutno stvaraju preduzeća Rosatoma, moći da daje megavatnu snagu u svemiru.

Svi radovi na izgradnji nuklearne elektrane teku u skladu sa planiranim rokovima. Sa visokim stepenom povjerenja možemo reći da će posao biti završen na vrijeme, predviđeno ciljnim programom“, kaže Andrej Ivanov, projekt menadžer odjela komunikacija državne korporacije Rosatom.

Iza U poslednje vreme U okviru projekta završene su dvije važne faze: kreiran je jedinstven dizajn gorivnog elementa koji osigurava operativnost u visoke temperature, veliki temperaturni gradijenti, visoke doze zračenja. Uspješno su završena i tehnološka ispitivanja reaktorske posude budućeg svemirskog bloka. U sklopu ovih ispitivanja, kućište je podvrgnuto viškom pritiska i izvršena su 3D mjerenja u oblastima osnovnog metala, prstena zavareni spoj i konusni prelaz.

Princip rada. Istorija stvaranja.

Ne postoje fundamentalne poteškoće s nuklearnim reaktorom za primjenu u svemiru. U periodu od 1962. do 1993. godine naša zemlja je stekla bogato iskustvo u proizvodnji sličnih instalacija. Sličan posao je obavljen u SAD. Od ranih 1960-ih godina u svijetu je razvijeno nekoliko tipova električnih pogonskih motora: jonski, stacionarni plazma motor, motor s anodnim slojem, pulsni plazma motor, magnetoplazma, magnetoplazmodinamički.

Rad na stvaranju nuklearnih motora za svemirske letjelice aktivno se provodio u SSSR-u i SAD-u u prošlom stoljeću: Amerikanci su zatvorili projekat 1994., SSSR - 1988. godine. Zatvaranje rada je u velikoj mjeri olakšano Černobilska katastrofa, što je negativno uticalo na javno mnijenje o korištenju nuklearne energije. Osim toga, ispitivanja nuklearnih instalacija u svemiru nisu uvijek tekla kako je planirano: 1978. godine sovjetski satelit Kosmos-954 ušao je u atmosferu i raspao se, raspršivši hiljade radioaktivnih fragmenata na površini od 100 hiljada kvadratnih metara. km u sjeverozapadnoj Kanadi. Sovjetski savez isplatio Kanadi novčanu kompenzaciju u iznosu većem od 10 miliona dolara.

U svibnju 1988. dvije organizacije - Federacija američkih naučnika i Komitet sovjetskih naučnika za mir protiv nuklearne prijetnje - dale su zajednički prijedlog za zabranu korištenja nuklearne energije u svemiru. Taj prijedlog nije dobio nikakve formalne posljedice, ali od tada nijedna država nije lansirala svemirske letjelice na nuklearni pogon. elektrane ukrcan.

Velike prednosti projekta su praktično važne karakteristike performansi- dug radni vek (10 godina rada), značajan interval remonta i dugo vreme rada na jednom prekidaču.

U 2010. godini formulisani su tehnički prijedlozi projekta. Dizajn je počeo ove godine.

Nuklearna elektrana sadrži tri glavna uređaja: 1) reaktorsku instalaciju sa radnim fluidom i pomoćnim uređajima (izmjenjivač topline-rekuperator i turbogenerator-kompresor); 2) električni raketni pogon; 3) frižider-emiter.

Reaktor.

WITH fizička tačka Ovo je kompaktni plinski hlađeni brzi neutronski reaktor.
Gorivo koje se koristi je spoj (dioksid ili karbonitrid) uranijuma, ali budući da dizajn mora biti vrlo kompaktan, uranijum ima veće obogaćenje izotopom 235 nego u gorivim šipkama u konvencionalnim (civilnim) nuklearnim postrojenjima, možda i iznad 20%. A njihova školjka je monokristalna legura vatrostalnih metala na bazi molibdena.

Ovo gorivo će morati da radi na veoma visokim temperaturama. Stoga je bilo potrebno odabrati materijale koji bi mogli sadržavati negativne faktore povezane s temperaturom, a istovremeno omogućiti gorivu da obavlja svoju glavnu funkciju - zagrijavanje rashladnog plina, koji će se koristiti za proizvodnju električne energije.

Frižider.

Hlađenje gasa tokom rada nuklearnog postrojenja je apsolutno neophodno. Kako izbaciti toplotu u svemir? Jedina mogućnost je hlađenje zračenjem. Zagrijana površina u praznini se hladi, emitujući u nju elektromagnetne valove širok raspon, uključujući vidljivo svetlo. Jedinstvenost projekta je upotreba posebne rashladne tekućine - mješavine helij-ksenona. Instalacija osigurava visoku efikasnost.

Motor.

Princip rada jonskog motora je sljedeći. U komori s plinskim pražnjenjem stvara se razrijeđena plazma pomoću anoda i katodnog bloka smještenog u magnetskom polju. Iz njega se ioni radnog fluida (ksenona ili druge tvari) "povlače" emisionom elektrodom i ubrzavaju u procjepu između nje i elektrode za ubrzanje.

Za realizaciju plana obećano je 17 milijardi rubalja između 2010. i 2018. Od tih sredstava, 7,245 milijardi rubalja bilo je namijenjeno državnoj korporaciji Rosatom za izradu samog reaktora. Još 3,955 milijardi - FSUE "Keldysh centar" za stvaranje nuklearne pogonske elektrane. Još 5,8 milijardi rubalja ići će za RSC Energia, gdje će u istom roku morati da se formira radni izgled cijelog transportno-energetskog modula.

Prema planovima, do kraja 2017. godine biće pripremljen nuklearni pogonski sistem za kompletiranje transportnog i energetskog modula (međuplanetarni transfer modul). Do kraja 2018. nuklearna elektrana će biti pripremljena za letna ispitivanja. Projekat se finansira iz federalnog budžeta.

Nije tajna da su radovi na stvaranju nuklearnih raketnih motora počeli u SAD-u i SSSR-u još 60-ih godina prošlog stoljeća. Dokle su stigli? I na koje ste probleme nailazili na putu?

Anatolij Korotejev: Zaista, rad na korišćenju nuklearne energije u svemiru započeo je i aktivno se sprovodio ovde i u SAD 1960-70-ih godina.

Prvobitno je postavljen zadatak da se naprave raketni motori koji bi, umjesto hemijske energije sagorijevanja goriva i oksidatora, koristili zagrijavanje vodonika do temperature od oko 3000 stepeni. Ali pokazalo se da je takav direktan put još uvijek nedjelotvoran. Mi smo na kratko vrijeme Dobivamo veliki potisak, ali istovremeno emitujemo mlaz koji u slučaju nenormalnog rada reaktora može ispasti radioaktivno kontaminiran.

Akumulirano je određeno iskustvo, ali ni mi ni Amerikanci nismo uspjeli stvoriti pouzdane motore. Radili su, ali ne mnogo, jer je zagrijavanje vodonika na 3000 stepeni u nuklearnom reaktoru ozbiljan zadatak. Osim toga, tokom zemaljskih testova takvih motora pojavili su se ekološki problemi, budući da su radioaktivni mlaznici ispušteni u atmosferu. Više nije tajna da su takvi radovi obavljeni na poligonu Semipalatinsk, posebno pripremljenom za nuklearna testiranja, koji je ostao u Kazahstanu.

Odnosno, ispostavilo se da su dva parametra kritična - ekstremna temperatura i emisija zračenja?

Anatolij Korotejev: Generalno, da. Zbog ovih i nekih drugih razloga, rad kod nas i u SAD je obustavljen ili obustavljen - to se može procijeniti na različite načine. I činilo nam se nerazumnim da ih nastavljamo na takav, rekao bih, frontalni način, kako bismo napravili nuklearni motor sa svim već navedenim nedostacima. Predložili smo potpuno drugačiji pristup. Razlikuje se od starog na isti način na koji se hibridni automobil razlikuje od običnog. U običnom automobilu motor okreće točkove, ali u hibridnim automobilima električna energija se proizvodi iz motora i ta električna energija okreće točkove. Odnosno, stvara se neka vrsta međuelektrane.

Stoga smo predložili shemu u kojoj svemirski reaktor ne zagrijava mlaz koji se iz njega izbacuje, već proizvodi električnu energiju. Vrući plin iz reaktora okreće turbinu, turbina okreće električni generator i kompresor, koji cirkuliše radni fluid u zatvorenoj petlji. Generator proizvodi električnu energiju za plazma motor sa specifičnim potiskom 20 puta većim od hemijskih analoga.

Tricky shema. U suštini, ovo je mini-nuklearna elektrana u svemiru. I koje su njegove prednosti u odnosu na direktni tok nuklearni motor?

Anatolij Korotejev: Glavna stvar je da mlaz koji izlazi iz novog motora neće biti radioaktivan, jer kroz reaktor prolazi potpuno drugačiji radni fluid koji se nalazi u zatvorenom krugu.

Osim toga, s ovom shemom ne trebamo zagrijavati vodonik do previsokih vrijednosti: u reaktoru cirkulira inertni radni fluid koji se zagrijava do 1500 stupnjeva. Stvarno olakšavamo sebi stvari. I kao rezultat toga, povećat ćemo specifični potisak ne za dva puta, već za 20 puta u odnosu na kemijske motore.

Još jedna stvar je takođe važna: nema potrebe za složenim testovima u punom obimu, za koje je potrebna infrastruktura bivšeg poligona Semipalatinsk, posebno baza za ispitivanje koja je ostala u gradu Kurčatov.

U našem slučaju, sva potrebna testiranja mogu se izvršiti na ruskoj teritoriji, bez uvlačenja u duge međunarodne pregovore o korištenju nuklearne energije van granica svoje države.

Da li su slični radovi trenutno u toku u drugim zemljama?

Anatolij Korotejev: Imao sam sastanak sa zamenikom šefa NASA-e, razgovarali smo o pitanjima vezanim za povratak na rad na nuklearnoj energiji u svemiru i on je rekao da Amerikanci pokazuju veliko interesovanje za to.

Sasvim je moguće da Kina može odgovoriti aktivnim akcijama sa svoje strane, tako da moramo raditi brzo. I to ne samo zbog toga da budem pola koraka ispred nekoga.

Moramo raditi brzo, prije svega, kako bismo izgledali pristojno u međunarodnoj saradnji koja je u nastajanju, a ona se de facto formira.

Ne isključujem da bi u bliskoj budućnosti mogao biti pokrenut međunarodni program za nuklearnu svemirsku elektranu, sličan kontrolisanom programu termonuklearne fuzije koji se trenutno provodi.

Tečni raketni motori omogućili su ljudima odlazak u svemir - u orbite blizu Zemlje. Ali brzina mlaznog toka u raketnom motoru na tekuće gorivo ne prelazi 4,5 km/s, a za letove do drugih planeta potrebne su desetine kilometara u sekundi. Moguće rješenje je korištenje energije nuklearnih reakcija.

Praktično stvaranje nuklearnih raketnih motora (NRE) izveli su samo SSSR i SAD. Godine 1955. Sjedinjene Države su počele s implementacijom programa Rover za razvoj nuklearnog raketnog motora za svemirske letjelice. Tri godine kasnije, 1958. godine, NASA se uključila u projekat, koji je za brodove s nuklearnim pogonskim motorima postavio specifičan zadatak - let na Mjesec i Mars. Od tog vremena program je počeo da se zove NERVA, što znači „nuklearni motor za ugradnju na rakete“.

Do sredine 70-ih, u okviru ovog programa, planirano je projektovanje nuklearnog raketnog motora sa potiskom od oko 30 tona (za poređenje, tipičan potisak raketnih motora na tečnost tog vremena bio je oko 700 tona), ali sa brzinom izduvnih gasova od 8,1 km/s. Međutim, 1973. godine program je zatvoren zbog promjene interesa SAD-a prema svemirskom šatlu.

U SSSR-u je dizajn prvih motora na nuklearni pogon izveden u drugoj polovini 50-ih godina. U isto vrijeme, sovjetski dizajneri, umjesto stvaranja modela u punoj veličini, počeli su izrađivati ​​zasebne dijelove nuklearnog pogonskog sistema. A zatim su ovi razvoji testirani u interakciji sa posebno razvijenim pulsnim grafitnim reaktorom (IGR).

70-80-ih godina prošlog stoljeća, Projektni biro Salyut, Dizajnerski biro Khimavtomatiki i NPO Luch kreirali su projekte svemirskih nuklearnih pogonskih motora RD-0411 i RD-0410 s potiskom od 40, odnosno 3,6 tona. Tokom procesa projektovanja proizvedeni su reaktor, hladni motor i prototip klupe za testiranje.

U julu 1961. sovjetski akademik Andrej Saharov najavio je projekat nuklearne eksplozije na sastanku vodećih nuklearnih naučnika u Kremlju. Blaster je imao konvencionalne tečne raketne motore za polijetanje, ali je u svemiru trebao detonirati mala nuklearna punjenja. Produkti fisije nastali tokom eksplozije prenijeli su svoj zamah na brod, uzrokujući njegov let. Međutim, 5. avgusta 1963. u Moskvi je potpisan ugovor o zabrani testiranja nuklearnog oružja u atmosferi, svemiru i pod vodom. To je bio razlog za zatvaranje programa nuklearne eksplozije.

Moguće je da je razvoj motora na nuklearni pogon bio ispred svog vremena. Međutim, nisu bili preuranjeni. Uostalom, priprema za let s ljudskom posadom na druge planete traje nekoliko decenija, a pogonski sistemi za to moraju biti pripremljeni unaprijed.

Dizajn nuklearnog raketnog motora

Nuklearni raketni motor (NRE) - mlazni motor, u kojem energija generirana reakcijom nuklearne fisije ili fuzije zagrijava radni fluid (najčešće vodik ili amonijak).

Postoje tri tipa nuklearnih pogonskih motora ovisno o vrsti goriva za reaktor:

• čvrsta faza;
• tečna faza;
• gasna faza.

Najpotpuniji je čvrsta faza opcija motora. Na slici je prikazan dijagram najjednostavnijeg motora na nuklearni pogon s reaktorom na čvrsto nuklearno gorivo. Radni fluid se nalazi u spoljnom rezervoaru. Pomoću pumpe se dovodi u komoru motora. U komori se radni fluid raspršuje pomoću mlaznica i dolazi u kontakt sa nuklearnim gorivom koje proizvodi gorivo. Kada se zagrije, širi se i velikom brzinom izleti iz komore kroz mlaznicu.

Tečna faza— nuklearno gorivo u jezgri reaktora takvog motora je u tečnom obliku. Parametri vuče ovakvih motora su veći od onih kod čvrstofaznih motora zbog više temperature reaktora.

IN gasna faza NRE gorivo (na primjer, uran) i radni fluid su u plinovitom stanju (u obliku plazme) i drže se u radnom području elektromagnetno polje. Uranijumska plazma zagrijana na desetine hiljada stepeni prenosi toplotu na radni fluid (na primer, vodonik), koji zauzvrat, zagrejan na visoke temperature, formira mlazni tok.

Na osnovu vrste nuklearne reakcije, razlikuje se radioizotopni raketni motor, termonuklearni raketni motor i sam nuklearni motor (koristi se energija nuklearne fisije).

Zanimljiva opcija je i pulsni nuklearni raketni motor - predlaže se korištenje nuklearnog punjenja kao izvora energije (goriva). Takve instalacije mogu biti unutrašnje i vanjske.

Glavne prednosti nuklearnih motora su:

• visok specifični impuls;
• značajne rezerve energije;
• kompaktnost pogonskog sistema;
• mogućnost dobijanja veoma velikog potiska - desetine, stotine i hiljade tona u vakuumu.

Glavni nedostatak je velika opasnost od zračenja pogonskog sistema:

• tokovi prodornog zračenja (gama zračenje, neutroni) tokom nuklearnih reakcija;
• uklanjanje visoko radioaktivnih spojeva uranijuma i njegovih legura;
• oticanje radioaktivnih gasova sa radnim fluidom.

Stoga je pokretanje nuklearnog motora neprihvatljivo za lansiranja s površine Zemlje zbog rizika od radioaktivne kontaminacije.

Sigurna metoda korištenja nuklearne energije u svemiru izmišljena je u SSSR-u, a sada se radi na stvaranju nuklearne instalacije zasnovane na njoj, rekao je on CEO Državni naučni centar Ruske Federacije "Istraživački centar po Keldišu", akademik Anatolij Korotejev.

„Sada institut aktivno radi u tom pravcu u velikoj saradnji između preduzeća Roskosmosa i Rosatoma. I nadam se da će to biti rokovi mi ćemo ovde dobiti pozitivan efekat“, rekao je A. Korotejev na godišnjim „Kraljevskim čitanjima“ na Moskovskom državnom tehničkom univerzitetu Bauman u utorak.

Prema njegovim riječima, Keldysh centar je izmislio shemu za sigurno korištenje nuklearne energije u svemiru, koja omogućava da se radi bez emisija i radi u zatvorenom krugu, što čini instalaciju sigurnom čak i ako pokvari i padne na Zemlju .

“Ova šema uvelike smanjuje rizik od korištenja nuklearne energije, posebno imajući u vidu da je jedna od osnovnih tačaka rad ovog sistema u orbitama iznad 800-1000 km. Tada, u slučaju kvara, vrijeme “bljeskanja” je takvo da čini sigurnim da se ti elementi vrate na Zemlju nakon dužeg vremenskog perioda”, pojasnio je naučnik.

A. Koroteev je rekao da je ranije SSSR već koristio svemirske letjelice na nuklearnu energiju, ali da su one bile potencijalno opasne za Zemlju i da su kasnije morale da budu napuštene. “SSSR je koristio nuklearnu energiju u svemiru. Bilo ih je 34 u svemiru svemirski brod nuklearnom energijom, od kojih su 32 sovjetska i dva američka”, prisjetio se akademik.

Prema njegovim riječima, korištenjem će se olakšati nuklearna instalacija koja se razvija u Rusiji sistem bez okvira hlađenje, u kojem će rashladna tečnost nuklearnog reaktora cirkulisati direktno u svemiru bez cevovodnog sistema.

Ali još ranih 1960-ih, dizajneri su nuklearne raketne motore smatrali jedinom pravom alternativom za putovanje na druge planete u Sunčevom sistemu. Hajde da saznamo istoriju ovog problema.

Konkurencija između SSSR-a i SAD-a, uključujući i svemir, bila je u to vrijeme u punom jeku, inženjeri i znanstvenici su ušli u utrku za stvaranje nuklearnih pogonskih motora, a vojska je također u početku podržavala projekt nuklearnog raketnog motora. U početku se zadatak činio vrlo jednostavnim - samo trebate napraviti reaktor dizajniran da se hladi vodonikom, a ne vodom, na njega pričvrstiti mlaznicu i - naprijed na Mars! Amerikanci su išli na Mars deset godina nakon Mjeseca i nisu mogli ni zamisliti da će astronauti ikada doći do njega bez nuklearnih motora.

Amerikanci su vrlo brzo napravili prvi prototip reaktora i već ga testirali u julu 1959. (zvali su se KIWI-A). Ovi testovi su samo pokazali da se reaktor može koristiti za zagrijavanje vodonika. Dizajn reaktora - sa nezaštićenim gorivom od uranijum oksida - nije bio pogodan za visoke temperature, a vodonik se zagrevao samo do hiljadu i po stepeni.

Kako je iskustvo sticano, dizajn reaktora za nuklearne raketne motore - NRE - postao je složeniji. Uranov oksid je zamijenjen karbidom otpornijim na toplinu, osim toga je bio obložen niobijum karbidom, ali kada je pokušao da dostigne projektnu temperaturu, reaktor je počeo da se urušava. Štaviše, čak i u odsustvu makroskopskog razaranja, došlo je do difuzije uranijumskog goriva u rashladni vodonik, a gubitak mase je dostigao 20% u roku od pet sati rada reaktora. Nikada nije pronađen materijal koji može raditi na 2700-3000 0 C i odolijevati uništavanju vrućim vodonikom.

Stoga su Amerikanci odlučili žrtvovati efikasnost i u dizajn letačkog motora uključili specifičan impuls (potisak u kilogramima sile koji se postiže oslobađanjem jednog kilograma radne tekućine svake sekunde; jedinica mjere je sekunda). 860 sekundi. Ovo je dvostruko više od odgovarajuće cifre za motore kisik-vodik tog vremena. Ali kada su Amerikanci počeli da uspijevaju, interesovanje za letove s ljudskom posadom je već palo, program Apollo je prekinut, a 1973. godine projekat NERVA (tako je bio naziv motora za ekspediciju s ljudskom posadom na Mars) je konačno zatvoren. Pošto su pobedili u lunarnoj trci, Amerikanci nisu želeli da organizuju trku na Marsu.

Ali lekcije naučene iz desetak izgrađenih reaktora i provedenih desetina testova su da su američki inženjeri postali previše zainteresirani za nuklearna testiranja u punoj mjeri, umjesto da razrade ključne elemente bez uključivanja nuklearna tehnologija gde se ovo može izbeći. A gdje to nije moguće, koristite manje postolje. Amerikanci su "odvezli" skoro sve reaktore puna moć, ali nisu uspjeli postići projektnu temperaturu vodonika - reaktor je počeo da se urušava ranije. Ukupno je od 1955. do 1972. potrošeno 1,4 milijarde dolara na program nuklearnih raketnih motora - otprilike 5% cijene lunarnog programa.

Također u SAD-u je izmišljen projekt Orion, koji je kombinirao obje verzije nuklearnog pogonskog sistema (mlazni i pulsni). To je učinjeno na sljedeći način: mala nuklearna punjenja kapaciteta oko 100 tona TNT-a izbačena su iz repa broda. Za njima su pucali metalni diskovi. Na udaljenosti od broda, punjenje je detonirano, disk je ispario, a supstanca se raspršila u različitim smjerovima. Dio je pao u ojačani repni dio broda i pomaknuo ga naprijed. Malo povećanje potiska trebalo je osigurati isparavanjem ploče koja prima udarce. Jedinična cijena takvog leta trebala je tada biti samo 150 dolara po kilogramu nosivosti.

Došlo je čak i do tačke testiranja: iskustvo je pokazalo da je kretanje uz pomoć uzastopnih impulsa moguće, kao i stvaranje krmene ploče dovoljne snage. Ali projekat Orion je zatvoren 1965. godine kao neperspektivan. Međutim, ovo je za sada jedini postojeći koncept koji može omogućiti ekspedicije barem širom Sunčevog sistema.

U prvoj polovini 1960-ih, sovjetski inženjeri su posmatrali ekspediciju na Mars kao logičan nastavak tada razvijenog programa leta na Mjesec s ljudskom posadom. Na talasu entuzijazma izazvanog prioritetom SSSR-a u svemiru, čak i tako izuzetnom složeni problemi ocijenjeni sa povećanim optimizmom.

Jedan od najvažnijih problema bio je (i ostao do danas) problem napajanja. Bilo je jasno da raketni motori na tečno gorivo, čak i oni koji obećavaju kiseonik-vodik, u principu mogu da obezbede let sa posadom do Marsa, tada samo sa ogromnim lansirnim masama međuplanetarnog kompleksa, sa veliki iznos pristajanja pojedinačnih blokova u montažnoj niskoj orbiti Zemlje.

Tražim optimalna rješenja Naučnici i inženjeri okrenuli su se nuklearnoj energiji, postepeno razmatrajući ovaj problem.

U SSSR-u su istraživanja o problemima korištenja nuklearne energije u raketnoj i svemirskoj tehnologiji započela u drugoj polovini 50-ih godina, čak i prije lansiranja prvih satelita. U nekoliko istraživačkih instituta pojavile su se male grupe entuzijasta s ciljem stvaranja raketnih i svemirskih nuklearnih motora i elektrana.

Konstruktori OKB-11 S.P. Korolev, zajedno sa stručnjacima iz NII-12 pod vodstvom V. Ya. Likhushin, razmotrili su nekoliko opcija za svemirske i borbene (!) rakete opremljene nuklearnim raketnim motorima (NRE). Voda i tečni gasovi– vodonik, amonijak i metan.

Izgledi su bili obećavajući; postepeno je rad naišao na razumijevanje i finansijsku podršku u vladi SSSR-a.

Već prva analiza je to pokazala među mnogima moguće šeme svemirski nuklearni pogonski sistemi (NPPU) imaju najveće izglede za tri:

• sa nuklearnim reaktorom u čvrstoj fazi;
• sa nuklearnim reaktorom u gasnoj fazi;
• elektronuklearni raketni pogonski sistemi.

Šeme su bile fundamentalno različite; Za svaku od njih zacrtano je nekoliko opcija za razvoj teorijskog i eksperimentalnog rada.

Činilo se da je najbliži implementaciji bio čvrsti nuklearni pogonski motor. Poticaj za razvoj rada u ovom pravcu dala su slična razvoja u SAD-u od 1955. u okviru programa ROVER, kao i izgledi (kako se tada činilo) stvaranja domaćeg interkontinentalnog bombardera s posadom s nuklearnim pogonom. sistem.

Čvrstofazni nuklearni pogonski motor radi kao motor s direktnim protokom. Tečni vodonik ulazi u dio mlaznice, hladi posudu reaktora, gorive sklopove (FA), moderator, a zatim se okreće i ulazi u FA, gdje se zagrijava do 3000 K i izbacuje u mlaznicu, ubrzavajući do velikih brzina.

Principi rada nuklearnog motora nisu bili upitni. Međutim, njegov dizajn (i karakteristike) umnogome su ovisile o „srcu“ motora – nuklearnom reaktoru i bile su određene prije svega njegovim „punjenjem“ – jezgrom.

Programeri prvih američkih (i sovjetskih) nuklearnih pogonskih motora zagovarali su homogeni reaktor s grafitnom jezgrom. Rad grupe za pretragu novih vrsta visokotemperaturnih goriva, stvorene 1958. godine u laboratoriji br. 21 (koja je vodio G.A. Meerson) NII-93 (direktor A.A. Bochvar), odvijao se donekle odvojeno. Pod uticajem tekućih radova na avionskom reaktoru (saće od berilijum oksida) u to vreme, grupa je pokušala (opet istraživačke) da dobije materijale na bazi silicijuma i cirkonijum karbida koji su bili otporni na oksidaciju.

Prema memoarima R.B. Kotelnikov, radnik NII-9, u proleće 1958. godine, šef laboratorije br. 21 imao je sastanak sa predstavnikom NII-1 V.N. Boginom. Rekao je da je kao glavni materijal za gorive elemente (gorivne šipke) reaktora u njihovom institutu (usput, u to vrijeme glavni u raketnoj industriji; šef ​​instituta V.Ya. Likhushin, naučni direktor M.V. Keldysh, šef laboratorije V.M. .Ievlev) koriste grafit. Konkretno, oni su već naučili kako nanijeti premaze na uzorke kako bi ih zaštitili od vodika. NII-9 je predložio da se razmotri mogućnost upotrebe UC-ZrC karbida kao osnove za gorive elemente.

Nakon kratkog vremena pojavio se još jedan kupac gorivih šipki - Dizajnerski biro M. M. Bondaryuka, koji se ideološki natjecao sa NII-1. Ako se potonji zalagao za višekanalni all-blok dizajn, onda je Dizajnerski biro M.M. Bondaryuka krenuo na verziju sklopive ploče, fokusirajući se na lakoću obrade grafita i ne stideći se složenosti dijelova - debljine milimetra ploče sa istim rebrima. Karbide je mnogo teže obraditi; u to vrijeme bilo je nemoguće napraviti dijelove kao što su višekanalni blokovi i ploče od njih. Postalo je jasno da je potrebno napraviti neki drugi dizajn koji bi odgovarao specifičnostima karbida.

Krajem 1959. - početkom 1960. godine pronađen je odlučujući uslov za NRE gorivne šipke - jezgro tipa šipke, koje je zadovoljilo kupce - Istraživački institut Likhushin i Projektni biro Bondarjuka. Projekt heterogenog reaktora na termičkim neutronima opravdan je kao glavni za njih; njegove glavne prednosti (u poređenju sa alternativnim homogenim grafitnim reaktorom) su:

• moguća je upotreba niskotemperaturnog moderatora koji sadrži vodik, što omogućava stvaranje nuklearnih pogonskih motora sa savršenstvom velike mase;
• moguće je razviti mali prototip nuklearnog pogonskog motora sa potiskom od oko 30...50 kN sa visokim stepenom kontinuiteta za motore i nuklearne pogonske sisteme sljedeće generacije;
• moguća je široka upotreba vatrostalnih karbida u gorivim šipkama i drugim dijelovima strukture reaktora, što omogućava maksimiziranje temperature zagrijavanja radnog fluida i pružanje povećanog specifičnog impulsa;
• moguće je autonomno testirati, element po element, glavne komponente i sisteme nuklearnog pogonskog sistema (NPP), kao što su gorivni sklopovi, moderator, reflektor, turbopumpna jedinica (TPU), upravljački sistem, mlaznica itd.; ovo omogućava da se testiranje provodi paralelno, smanjujući količinu skupih kompleksnih ispitivanja elektrane u cjelini.

Oko 1962–1963 Rad na problemu nuklearnog pogona vodio je NII-1, koji ima moćnu eksperimentalnu bazu i odličan kadar. Nedostajala im je samo tehnologija uranijuma, kao i nuklearni naučnici. Uz učešće NII-9, a potom IPPE, nastala je saradnja koja je za ideologiju uzela stvaranje minimalnog potiska (oko 3,6 tf), ali „pravog“ letnjeg motora sa „pravolinijskim“ reaktorom IR- 100 (test ili istraživanje, 100 MW, glavni projektant - Yu.A. Treskin). Uz podršku vladinih propisa, NII-1 je izgradio elektrolučne stalke koje su neminovno oduševljavale maštu - desetine cilindara visokih 6-8 m, ogromne horizontalne komore snage preko 80 kW, blindirano staklo u kutijama. Učesnici sastanka bili su inspirisani šarenim posterima sa planovima leta na Mjesec, Mars itd. Pretpostavljalo se da će u procesu izrade i testiranja nuklearnog pogonskog motora biti riješeni projektni, tehnološki i fizički problemi.

Prema riječima R. Kotelnikova, stvar je, nažalost, zakomplikovala ne baš jasna pozicija raketnih naučnika. Ministarstvo opšteg inženjerstva (MOM) imalo je velikih poteškoća u finansiranju programa ispitivanja i izgradnje baze za ispitivanje. Činilo se da IOM nema želju ili kapacitet da unaprijedi NRD program.

Do kraja 1960-ih, podrška konkurentima NII-1 - IAE, PNITI i NII-8 - bila je mnogo ozbiljnija. Ministarstvo srednjeg inženjerstva („nuklearni naučnici“) aktivno je podržavalo njihov razvoj; reaktor „petlje“ IVG (sa sklopovima jezgra i centralnog kanala tipa štapa koje je razvio NII-9) konačno je došao do izražaja početkom 70-ih; tamo je počelo testiranje gorivnih sklopova.

Sada, 30 godina kasnije, čini se da je IAE linija bila ispravnija: prvo - pouzdana "zemaljska" petlja - testiranje gorivih šipki i sklopova, a zatim stvaranje letnog nuklearnog pogonskog motora potrebna snaga. Ali tada se činilo da je moguće vrlo brzo napraviti pravi motor, makar i mali... Međutim, kako je život pokazao da za takvim motorom nije bilo objektivne (pa čak ni subjektivne) potrebe (na to možemo i dodaju da je ozbiljnost negativnih aspekata ovog pravca, na primjer međunarodnih sporazuma o nuklearnim uređajima u svemiru, u početku uvelike podcijenjena), zatim se temeljni program, čiji ciljevi nisu bili uski i specifični, pokazao shodno tome ispravnijim i produktivan.

1. jula 1965. revidiran je idejni projekat reaktora IR-20-100. Kulminacija je bila izdavanje tehničkog dizajna gorivih sklopova IR-100 (1967), koji se sastoje od 100 šipki (UC-ZrC-NbC i UC-ZrC-C za ulazne dijelove i UC-ZrC-NbC za izlaz). . NII-9 je bio spreman da proizvede veliku seriju elemenata jezgra za buduću jezgru IR-100. Projekat je bio vrlo progresivan: nakon 10-ak godina, praktički bez značajnijih promjena, korišten je u području aparata 11B91, a i sada su sva glavna rješenja sačuvana u sklopovima sličnih reaktora za druge namjene, sa potpuno drugačiji stepen proračunske i eksperimentalne opravdanosti.

"Raketni" dio prvog domaćeg nuklearnog RD-0410 razvijen je u Voronješkom dizajnerskom birou za hemijsku automatizaciju (KBHA), dio "reaktora" (neutronski reaktor i pitanja radijacijske sigurnosti) - Institut za fiziku i energiju (Obninsk). ) i Kurčatov institut za atomsku energiju.

KBHA je poznata po svom radu u oblasti motora na tečno gorivo za balističke rakete, svemirske letelice i lansirne rakete. Ovdje je razvijeno oko 60 uzoraka, od kojih je 30 dovedeno u masovnu proizvodnju. Do 1986. godine, KBHA je stvorio najmoćniji u zemlji jednokomorni kiseonik-vodonik motor RD-0120 sa potiskom od 200 tf, koji je korišten kao pogonski motor u drugoj fazi kompleksa Energia-Buran. Nuklearni RD-0410 stvoren je zajedno sa mnogim odbrambenim preduzećima, projektantskim biroima i istraživačkim institutima.

Prema prihvaćenom konceptu, tečni vodonik i heksan (inhibicijski aditiv koji smanjuje hidrogenaciju karbida i produžava vijek trajanja gorivnih elemenata) dovedeni su pomoću TNA u heterogeni termalni neutronski reaktor sa gorivnim sklopovima okruženim cirkonijum-hidridnim moderatorom. Njihove školjke su hlađene vodonikom. Reflektor je imao pogone za rotaciju apsorpcionih elemenata (cilindri od borovog karbida). TNA je uključivao trostepeni centrifugalna pumpa i jednostepena aksijalna turbina.

Za pet godina, od 1966. do 1971., stvoreni su temelji tehnologije reaktorskih motora, a nekoliko godina kasnije puštena je u rad moćna eksperimentalna baza pod nazivom „ekspedicija br. 10“, a potom i eksperimentalna ekspedicija NPO „Luch“ na poligon za nuklearno testiranje u Semipalatinsku.
Naročite poteškoće naišle su na testiranje. Zbog zračenja je bilo nemoguće koristiti konvencionalne postolje za lansiranje nuklearnog raketnog motora u punoj veličini. Odlučeno je da se reaktor testira na nuklearnom poligonu u Semipalatinsku, a „raketni dio“ u NIIkhimmašu (Zagorsk, sada Sergijev Posad).

Za proučavanje unutarkomornih procesa izvedeno je više od 250 testova na 30 “hladnih motora” (bez reaktora). Komora za sagorijevanje raketnog motora kisik-vodik 11D56 koji je razvio KBKhimmash (glavni dizajner - A.M. Isaev) korištena je kao model grijača. Maksimalno vrijeme rada bilo je 13 hiljada sekundi s deklariranim resursom od 3600 sekundi.

Za testiranje reaktora na poligonu Semipalatinsk izgrađena su dva posebna okna sa podzemnim servisnim prostorijama. Jedno od šahtova je bilo povezano sa podzemnim rezervoarom za komprimovani vodonik. Upotreba tečnog vodonika je napuštena iz finansijskih razloga.

1976. godine izvršeno je prvo energetsko puštanje reaktora IVG-1 u pogon. Istovremeno, u OE je napravljen štand za testiranje „pogonske“ verzije reaktora IR-100, a nekoliko godina kasnije testiran je na različitim snagama (jedan od IR-100 je naknadno pretvoren u materijal naučnoistraživački reaktor niske snage, koji i dalje radi).

Prije eksperimentalnog lansiranja, reaktor je spušten u okno pomoću portalne dizalice na površini. Nakon pokretanja reaktora, vodonik je odozdo ušao u “kotao”, zagrijao se do 3000 K i u vatrenom mlazu izbio iz okna. Uprkos neznatnoj radioaktivnosti gasova koji izlaze, nije bilo dozvoljeno da se tokom dana nalazi napolju u radijusu od jednog i po kilometra od poligona. Mjesec dana je bilo nemoguće prići samom rudniku. Jedan i po kilometar podzemni tunel vodio je iz sigurne zone prvo do jednog bunkera, a odatle do drugog, koji se nalazi u blizini rudnika. Stručnjaci su se kretali tim jedinstvenim "hodnicima".

Ievlev Vitalij Mihajlovič

Rezultati eksperimenata provedenih s reaktorom 1978–1981. potvrdili su ispravnost konstruktivna rješenja. U principu, DVORIŠTE je stvoreno. Ostalo je samo spojiti dva dijela i provesti sveobuhvatna ispitivanja.

Oko 1985. godine, RD-0410 (prema drugom sistemu označavanja 11B91) mogao je izvršiti svoj prvi svemirski let. Ali za to je bilo potrebno razviti jedinicu za ubrzanje zasnovanu na njoj. Nažalost, ovaj posao nije naručen nijednom birou za projektovanje prostora, a za to postoji mnogo razloga. Glavna je takozvana perestrojka. Ishitreni koraci doveli su do toga da je cjelina svemirska industrija istog trenutka pao u nemilost i 1988. godine obustavljen je rad na nuklearnom pogonu u SSSR-u (tada je SSSR još postojao). To se nije dogodilo zbog tehničkih problema, već iz momentalnih ideoloških razloga, a 1990. godine je umro ideološki inspirator programi nuklearnog pogona u SSSR-u Vitalij Mihajlovič Ievlev...

Koje su velike uspjehe postigli programeri u stvaranju nuklearnog pogonskog sistema "A"?

Na reaktoru IVG-1 obavljeno je više od deset i pol testova u punoj veličini, a dobijeni su sljedeći rezultati: Maksimalna temperatura vodonik – 3100 K, specifični impuls – 925 sec, specifično oslobađanje toplote do 10 MW/l, ukupni resurs više od 4000 sekundi sa 10 uzastopnih pokretanja reaktora. Ovi rezultati značajno premašuju američka dostignuća u grafitnim zonama.

Treba napomenuti da tokom čitavog perioda testiranja NRE, i pored otvorenog ispuha, prinos radioaktivnih fisijskih fragmenata nije prelazio dozvoljene standarde ni na poligonu ni van njega i nije registrovan na teritoriji susjednih država.

Najvažniji rezultat rada bilo je stvaranje domaće tehnologije za takve reaktore, proizvodnja novih vatrostalnih materijala, a činjenica stvaranja reaktorskog motora potaknula je niz novih projekata i ideja.

Iako je dalji razvoj ovakvih nuklearnih pogonskih motora obustavljen, postignuta dostignuća jedinstvena su ne samo u našoj zemlji, već i u svijetu. To je posljednjih godina više puta potvrđeno na međunarodnim simpozijumima o svemirskoj energiji, kao i na sastancima domaćih i američkih stručnjaka (na potonjem je prepoznato da je stalak za IVG reaktor jedini operativni aparat za testiranje danas u svijetu koji može igrati važnu ulogu u eksperimentalnom ispitivanju gorivih sklopova i nuklearnih elektrana).

izvori
http://newsreaders.ru
http://marsiada.ru
http://vpk-news.ru/news/14241

Originalni članak je na web stranici InfoGlaz.rf Link na članak iz kojeg je napravljena ova kopija -

Krajem prošle godine, ruske strateške raketne snage testirale su potpuno novo oružje, za čije se postojanje ranije smatralo nemogućim. Krstareća raketa na nuklearni pogon, koju vojni stručnjaci označavaju kao 9M730, upravo je novo oružje o kojem je predsjednik Putin govorio u svom obraćanju Saveznoj skupštini. Testiranje rakete je navodno obavljeno na poligonu Novaja zemlja, otprilike krajem jeseni 2017. godine, ali tačni podaci neće uskoro biti skinuti tajnost. Razvijač rakete je vjerovatno i biro za eksperimentalni dizajn Novator (Jekaterinburg). Prema nadležnim izvorima, projektil je pogodio cilj u normalnom režimu, a testovi su ocijenjeni potpuno uspješnim. Nadalje, navodne fotografije lansiranja (gore) nove rakete s nuklearnom elektranom, pa čak i indirektne potvrde vezane za prisustvo u očekivano vrijeme testiranja u neposrednoj blizini poligona Il-976 LII Gromov „leteći laboratorija” sa oznakama Rosatoma pojavio se u medijima. Međutim, pojavilo se još više pitanja. Da li je deklarirana sposobnost rakete da leti na neograničenom dometu realna i kako se to postiže?

Karakteristike krstareće rakete s nuklearnom elektranom

Karakteristike krstareće rakete s nuklearnim oružjem, koje su se pojavile u medijima odmah nakon govora Vladimira Putina, mogu se razlikovati od stvarnih, što će biti poznato kasnije. Do danas su objavljeni sljedeći podaci o veličini i karakteristikama rakete:

Dužina
- početna stranica- najmanje 12 metara,
- marširanje- najmanje 9 metara,

Prečnik tela rakete- oko 1 metar,
Širina kućišta- oko 1,5 metara,
Visina empennage - 3,6 - 3,8 metara

Princip rada ruske krstareće rakete na nuklearni pogon

Razvoj raketa na nuklearni pogon provodilo je nekoliko zemalja odjednom, a razvoj je započeo još dalekih 1960-ih. Dizajni koje su predložili inženjeri razlikovali su se samo u detaljima; na pojednostavljen način, princip rada se može opisati na sljedeći način: nuklearni reaktor zagrijava smjesu koja ulazi u posebne posude ( različite varijante, od amonijaka do vodonika) nakon čega slijedi ispuštanje kroz mlaznice visokog pritiska. Međutim, verzija krstareće rakete o kojoj je govorio ruski predsednik, ne odgovara nijednom od prethodno razvijenih primjera dizajna.

Činjenica je da, prema Putinovim riječima, raketa ima gotovo neograničen domet leta. To se, naravno, ne može shvatiti kao da raketa može letjeti godinama, ali se može smatrati direktnim pokazateljem da je njen domet leta višestruko veći od dometa modernih krstarećih projektila. Druga točka, koja se ne može zanemariti, također se odnosi na deklarirani neograničeni domet leta i, shodno tome, na rad pogonske jedinice krstareće rakete. Na primjer, heterogeni termalni neutronski reaktor, testiran u motoru RD-0410, koji su razvili Kurchatov, Keldysh i Korolev, imao je testni vijek od samo 1 sat, a u ovom slučaju ne može postojati neograničen domet leta takvog tipa. krstareće rakete na nuklearni pogon govor.

Sve ovo sugerira da su ruski znanstvenici predložili potpuno novi, ranije nerazmotreni koncept strukture, u kojem se za zagrijavanje i naknadno izbacivanje iz mlaznice koristi supstanca koja ima mnogo ekonomičniji resurs potrošnje na velikim udaljenostima. Kao primjer, ovo bi mogao biti nuklearni motor za disanje zraka (NARE) potpuno novog tipa, u kojem radna masa je atmosferski vazduh, upumpava se u radne rezervoare kompresorima, zagrijava nuklearnom instalacijom i zatim ispušta kroz mlaznice.

Također je vrijedno napomenuti da je krstareću raketu na nuklearni pogon najavio Vladimir Putin pogonska jedinica može letjeti po zonama aktivno djelovanje protivvazdušne i protivraketne odbrambene sisteme, kao i zadržavanje putanje do cilja na malim i ultra malim visinama. To je moguće samo ako se projektil opremi sistemima za praćenje terena koji su otporni na smetnje koje stvaraju neprijateljski sistemi za elektronsko ratovanje.