ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ

Ядерные ракетные двигатели. Ракетный атомный двигатель


Ядерные ракетные двигатели. :: ПВ.РФ Международный промышленный портал

Первые мыcли oб иcпoльзoвании ядернoй энергии в летательных аппаратах выcказывалиcь иccледoвателями в Рoccии и за рубежoм еще в начале XX века. Нo кoнкретную, инженерную фoрму эти идеи cтали приoбретать лишь к cередине cтoлетия, кoгда в США (Чикагo, 1942 г.) и в СССР (Мocква, 1946 г.) были введены в экcплуатацию первые ядерные реактoры, кoгда c огромным не только научным, но и политичеcким эффектом были взорваны первые американcкая (1945 г.) и cоветcкая (1949 г.) атомные бомбы. Возникшее в те годы и быстро нараставшее противостояние двух сверхдержав и созданных ими военно-политических союзов заставляло каждую сторону искать все новые возможности усиления своего могущества с целью увеличения силового давления на вероятного противника. Главное место в этом процессе занимало совершенствование и наращивание мощи ядерного оружия, а также создание средств доставки его на межконтинентальную дальность. Последняя проблема была особенно актуальной для СССР, окруженного в те годы базами стратегической авиации стран НАТО и не имевшего своих баз с аналогичным подлетным временем вблизи границ США.

Тем не менее, первые исследования по самолетам и ракетам с ядерными силовыми установками были развернуты именно в США. Уже вскоре после окончания войны там одна за другой появляются работы [1.1, 1.2, 1.3 и др.], в которых рассматриваются возможности, открываемые применением ядерной энергии в авиационной и ракетной технике, предлагаются схемы самолетных и ракетных ядерных двигателей. Помимо военного назначения, прогнозируется применение ракет с ЯРД для изучения космического пространства, притом даже в более поздний период (1958 г.) доминирует мысль о том, что «ядерная энергия открывает единственно возможный в настоящее время путь к осуществлению межпланетных полетов в Солнечной системе» [1.4].

После примерно 8-летнего периода начальных исследований в США, начиная с 1955 г., развертываются масштабные работы по непосредственной разработке ядерных ракетных двигателей (программа «Ровер») и ядерных прямоточных ВРД (программа «Плуто») для крылатых ракет. К их реализации привлекаются крупнейшие научно-исследовательские центры: Лос-Аламосская лаборатория (ЛАСЛ), Райтовский Центр ВВС и др. На развитие этих разработок выделяются значительные бюджетные средства (к концу 1960 г. общая сумма ассигнований на реализацию обеих программ составила 135 млн. долларов, а в 1961-62 гг. -еще 95 млн.). Большое внимание уделяется не только созданию собственно ядерных реакторов и двигателей, но и строительству сложнейших испытательных комплексов для их отработки на атомном полигоне Джекасс-Флэтс в штате Невада и в Лос-Аламосе.

В качестве базовой в США была принята вначале «лобовая» концепция создания ЯРД, согласно которой вслед за необходимым минимумом расчетов проектировался и строился стендовый гомогенный ядерный реактор, при испытании которого предполагалось выявить и разрешить все возникшие узловые вопросы. Такая концепция оказалась порочной, но обнаружилось это позднее.

Первым из экспериментальных реакторов ЯРД в США был «Киви-А», разработанный ЛАСЛ и собранный в июне 1958 г. на Альбукеркском заводе ядерного оружия. Активная зона этого реактора была выполнена из большого числа тепловыделяющих элементов (твэлов) в форме графитовых, пропитанных обогащенным ураном (90% по изотопу уран-235) плоских пластин, в каналах между которыми должен был протекать и нагреваться до -1900 К газообразный водород. В центре активной зоны располагалась группа из тринадцати управляющих стержней-поглотителей нейтронов. Замедлителем нейтронов служила тяжелая вода.

Первое испытание реактора «Киви-А» состоялось на полигоне Джекасс-Флэтс 20 июня 1959 г. (рис. 1.1). После физического пуска реактор работал на малой мощности около 5 минут. 1 июля того же года проведено повторное, заключительное испытание, в ходе которого получена расчетная температура нагрева водорода. Затем реактор был подвергнут разборке, дефектации, радиохимическим и металлургическим исследованиям.

Испытания «Киви-А», как и все последующие испытания реакторов этой серии, проводились с открытым выбросом нагретого водорода в атмосферу (реактор на стенде располагался вертикально, выхлопная струя из сопла направлялась вверх). Активность продуктов выхлопа была невысокой (при температуре твэлов около 1900 К она и не могла быть иной), максимум выпадения радиоактивных осадков наблюдался на расстоянии 1,6 км от стенда и был столь невелик, что ограничений на проведение работ в этой зоне практически не вводилось.

Рис. 1.1 Первый экспериментальный реактор США «Киви-А» на испытательном стенде
Рис. 1.1 Первый экспериментальный реактор США «Киви-А» на испытательном стенде
Вслед за реактором «Киви-А» были созданы конструкции «Киви-А1» (испытан на расчетной мощности 8 июля 1960 г. в течение 15 мин.) и «Киви-А1П» (испытан 19 октября 1960 г. в течение около 15 мин.), завершившие первую фазу программы «Ровер», после чего начались испытания реакторов следующей серии - «Киви-В», значительно модифицированных и приближенных по конструкции к проектировавшемуся летному варианту (твэлы в форме плоских пластин заменены на полые шестигранные стержни, вместо тяжелой воды в качестве замедлителя нейтронов применена окись бериллия, изменена конструкция органов регулирования мощности и др.). Испытания первого из реакторов новой серии -«Киви-В-ХА» (единственного в этой серии, предназначенного для испытаний на газообразном водороде) были успешно начаты 28 июля 1961 г., а 7 ноября того же года при подготовке к следующему пуску реактор получил повреждение вследствие взрыва водорода из-за неисправности одного из клапанов (получили травмы 9 человек). Тем не менее испытания реактора были продолжены и завершились 7 декабря 1961 г. (в ходе последнего пуска разрушилась активная зона, отмечен выброс в выхлопную струю части твэлов, реактор был остановлен вследствие появления утечки водорода).

Второй реактор новой серии - «Киви-В-1В» был испытан (впервые - на жидком водороде) 1 сентября 1962 г. (рис. 1.2). Несмотря на успешный запуск и относительно стабильное начало работы на стационарном режиме (60 % от запланированной мощности), испытание оказалось крайне неудачным: произошло разрушение активной зоны, через сопло начали вылетать обломки твэлов, обнаружилась большая утечка водорода вследствие повреждения вентиля на измерительной системе.

Рис. 1.2 Реактор «Киви-В-1 В» - первый реактор США, предназначенный для работы на жидком водороде
Рис. 1.2 Реактор «Киви-В-1 В» - первый реактор США, предназначенный для работы на жидком водороде
Через 3 месяца, 30 ноября 1962 г., состоялось испытание следующего реактора - «Киви-В-4А» (с улучшенной конструкцией крепления твэлов), продолжавшееся 260 с. Испытание было прекращено досрочно вследствие появления внутри реактора сильной вибрации (как полагали, связанной с особенностями фазового перехода жидкого водорода в газообразный) и наблюдавшихся вспышек пламени в выхлопной струе (связанных, вероятно, с выбросом отдельных частей разрушенной теплоизоляции активной зоны).

Испытания реакторов серии «Киви-В» на этом не завершились, но мы прервем пока рассказ об этих работах и возвратимся на несколько лет назад в СССР.

В первые послевоенные годы, когда все усилия специалистов-ядерщиков были направлены на создание и испытание первой атомной бомбы, никаких исследований по вопросам применения ядерной энергии в авиации и ракетной технике здесь не проводилось. Но уже в начале 50-х годов под влиянием появившихся в западной печати публикаций и результатов первых собственных расчетов советские ракетчики и ядерщики стали уделять проблемам ядерных двигателей для самолетов и ракет все возрастающее внимание. Первое упоминание об этом в документах высокого уровня содержится в Записке по стратегическим оборонным вопросам, направленной 18 ноября 1953 г. в Президиум ЦК КПСС министрами В.А. Малышевым, Б.Л. Ванниковым, М.В. Хруничевым, П.В. Дементьевым и Д.Ф. Устиновым. В ней излагались предложения, выработанные специальным совещанием «с участием главных конструкторов по авиационной технике тт. Туполева, Мясищева, Лавочкина, Микояна; руководителей научно-исследовательских институтов авиационной промышленности тт. Макаревского, Келдыша, Дородницына и др.; главных конструкторов по ракетной технике тт. Королева, Глушко, Пилюгина, Кузнецова, Коноплева, Борисенко и руководителей научно-исследовательского института оборонной промышленности тт. Спиридонова и Янгеля; ученых-физиков Министерства среднего машиностроения - академиков тт. Курчатова, Щелкина, Александрова и др.», которыми, в частности, рекомендовалось «в целях дальнейшего улучшения летных данных крылатой ракеты*¹ ... приступить к разработке прямоточного воздушно-реактивного двигателя с использованием атомной энергии, что позволит получить практически неограниченные дальности и резко снизить полетный вес ракеты». В подписанном 20 ноября 1953 г. председателем Совета Министров СССР Г. М. Маленковым постановлении правительства, предписывалось: «5. Назначить академика т. Келдыша М. В. научным руководителем всех работ по созданию крылатых ракет как с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, так и с прямоточным двигателем с использованием атомной энергии».

Несколько позднее в советском правительстве появились предложения о создании боевых самолетов с атомной силовой установкой. Так, в Записке в Президиум ЦК КПСС от 13 октября 1954 г. первый заместитель министра обороны СССР А.М. Василевский и главком ВВС П.Ф. Жигарев отмечали, что «после 8 лет исследовательских работ над самолетом с атомной установкой в США приступили к его практическому созданию. Заключён контракт ВВС США с фирмой Консолидейтед Валти на постройку опытного самолета и с фирмой Дженерал Электрик - атомной силовой установки для него. Параллельно заключены контракты на эскизное проектирование самолета с фирмами Боинг и Локхид и атомной установки для него с фирмой Пратт Уитни. Некоторые зарубежные исследователи указывают, что создание самолета с атомной силовой установкой является реальной задачей, которая может быть решена в течение ближайших пяти лет». Предлагалось поручить министерствам авиационной промышленности и среднего машиностроения «проработать вопросы о создании атомной авиационной силовой установки и самолета с ней и доложить свои соображения по этому вопросу ЦК КПСС».

Работы как по первому направлению (крылатая ракета с атомным двигателем), так и по второму (самолет - бомбардировщик с атомной силовой установкой) были вскоре в СССР широко развернуты, имеют свою захватывающую и драматичную историю, но ее изложение выходит за рамки книги, посвященной космической ядерной энергетике.

Что же касается первых (расчетно-теоретических) работ в СССР по ядерным двигателям для ракет, то они также относятся к 1954 году и были выполнены И.И. Бондаренко, В.Я. Пупко и др. в лаборатории «В» (ныне ГНЦ «Физико-энергетический институт») в г. Обнинске Калужской обл. В следующем, 1955 году-к этим исследованиям по инициативе М.В. Келдыша подключается небольшая (первоначально) группа инженеров НИИ-1 Минавиапрома (ныне Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша) во главе с В.М. Иевлевым. Работы в НИИ-1 начались с теоретического анализа и обоснования выбора принципиальных схем ЯРД, но уже в 1956 г. была сформулирована программа первых экспериментальных работ. Как отмечал в 1973 г. научный руководитель работ по ЯРД член-корреспондент АН СССР В.М. Иевлев [1.5], «в этих исследованиях принимали участие Л.Ф. Фролов, А.М. Костылев, В.С. Кузнецов, М.М. Гурфинк, В.П. Горда, В.Н. Богин, автор настоящей статьи и др., немного позже подключились к работе (но внесли очень большой творческий вклад в нее) А.Б. Пришлецов, Ю.А. Трескин, А.А. Поротников, К.И. Артамонов, В.А. Зайцев, Ю.Г. Демянко, А.С. Коротеев и др.». Работа была начата в лаборатории 8, начальник которой член-корреспондент АН СССР А.П. Ваничев, как и начальник института В.Я. Лихушин, активно поддержали новое направление.

Тогда же начинают проявлять интерес к ядерным двигателям, организуют небольшие группы молодых энтузиастов для первых проработок главные конструкторы ракетной техники: двигателисты -М.М. Бондарюк, В.П. Глушко и ракетчик - СП. Королев. В те годы складывается долговременное творческое содружество ученых и специалистов различных профилей и отраслей: ракетчиков, двигателистов, физиков, материаловедов, военных, содружество, заявившее о себе впоследствии многими научно-техническими достижениями.

Первое постановление правительства по рассматриваемой тематике было подписано 22 ноября 1956 г. [1.6]. В нем предписывалось начать «работы по созданию баллистической ракеты дальнего действия с атомным двигателем», утвердить главным конструктором ракеты СП. Королева, главным конструктором двигателя В.П. Глушко, научным руководителем работ по созданию реактора для двигателя А.И. Лейпунского.

Несмотря на то, что текст постановления был известен очень узкому кругу лиц, оно резко активизировало работу, подключило к ней новые силы. Это сказалось, в частности, в такой важной сфере, как подготовка кадров. С сентября 1956 г., то есть за три месяца до издания документа, на факультете авиадвигателей Московского авиационного института были организованы учебные группы из наиболее сильных студентов для подготовки специалистов по новому направлению (двое из авторов данной книги, приступив тогда к занятиям на четвертом курсе, оказались неожиданно для себя в новом специализированном студенческом коллективе). Специальные главы математики, нейтронная физика, теплотехника реакторов (лекции по этому курсу читал молодой инженер, ныне академик РАН Н.Н. Пономарев-Степной), обширные практикумы на реакторах Института атомной энергии (ныне - РНЦ «Курчатовский институт») - это было далеко не все, что приходилось тогда осваивать неофитам. Вскоре подобные специализации были организованы в МФТИ и МВТУ. Эти три института подготовили в 50-е - 70-е годы свыше тысячи специалистов, составивших основу конструкторских, исследовательских, испытательских коллективов, занятых разработкой ЯРД.

С. П. Королев выполнил предписанное ему правительственным постановлением поручение. Точно в срок, во II квартале 1957 г., его ОКБ представило итоги восьмимесячной работы в новом направлении: «Предварительные результаты исследования перспектив ракет дальнего действия». Возможности создания и применения ракет с ядерными двигателями оценивались в этом труде достаточно оптимистично.

Проведенные в 1956-57 гг. проработки схем ядерных двигателей выдвинули из всего многообразия на первый план три перспективных варианта ЯРД: с твердофазным реактором (с твердыми поверхностями теплообмена), с газофазным реактором, с нагревом в ядерном реакторе горючего и окислителя и их последующим сжиганием в камере сгорания (от последней схемы в дальнейшем отказались, как не обеспечивающей значительного увеличения удельного импульса тяги). Первый вариант (получивший условное наименование «схема А») мог обеспечить удельный импульс (с водородом в качестве рабочего тела) до 850-900 с, второй («схема В») - до 2000 с, но содержал, в отличие от первого, множество неисследованных проблем, В то время как по двигателю с газофазным реактором намечался длительный комплекс исследований, ЯРД с твердофазным реактором представлялся (при том, что тоже содержал немало нерешенных вопросов) значительно более близким к практической реализации.

В те годы были широко развиты теоретические и экспериментальные исследования в области теплообмена, гидродинамики, технологии тугоплавких материалов (НИИ-1), нейтронной физики и управления (ФЭИ и ИАЭ), разработки оптимального состава и конструкции твэлов (НИИ-9, ныне НИИНМ им. А.А. Бочвара). Одновременно были развернуты проектно-инженерные проработки по составу и облику стендовой базы для испытаний и отработки ЯРД.

В.М. Иевлевым был выдвинут в 1957 г. принцип обеспечения максимальной поэлементной отработки узлов реактора ЯРД на электротермических и плазмотронных стендах, что позволяло уменьшить объем необходимых реакторных испытаний. А это, в свою очередь, послужило важным аргументом для выбора гетерогенной схемы реактора, схемы, в которой материал замедлителя нейтронов расположен отдельно от тепловыделяющих элементов, содержащих уран. Твэлы при этом окружены тепловой изоляцией и заключены в металлический корпус, формирующий законченный, самостоятельный узел реактора - тепловыделяющую сборку (ТВС). Ориентация на гетерогенный реактор и поэлементную отработку его узлов обозначила фундаментальное различие программ создания ЯРД в СССР и США, и это различие оказалось, как было позднее признано в том числе и американскими специалистами, в пользу советской программы.

30 июня 1958 г. было подписано второе, значительно более развернутое постановление правительства по проблеме создания ЯРД. В нем (и приложениях к нему) детально сформулированы этапы работ и сроки их выполнения, изложены поручения десяткам исследовательских, проектных, конструкторских, строительных, монтажных организаций. Там же впервые была документально соединена воедино известнейшая ныне триада - три «К» - отечественных ученых: «Научное руководство работами в целом поручить академику М.В. Келдышу, академику И.В. Курчатову и академику СП. Королеву».

На основании Постановления от 30 июня 1958 г. в ОКБ-1 СП. Королева, ОКБ-456 В.П. Глушко и ОКБ-670 М.М. Бондарюка были развернуты проектно-конструкторские работы по определению облика ракет с ЯРД. В ОКБ-1 разрабатывались эскизные проекты одноступенчатой баллистической ракеты ЯР-1 и двухступенчатой комбинированной (ядерно-химической) ракеты ЯХР-П [1.7]. В обеих ракетах предусматривалось применение ЯРД тягой 1400 кН. В варианте ЯР-1 он был единственным двигателем, а в варианте ЯХР-П использовался на второй ступени.

Первая ступень ракеты ЯХР-П оснащалась ЖРД и исполнялась в блочном варианте со схемой старта, аналогичной схеме старта ракеты Р-7. Ракета имела стартовый вес 850-880 т и могла выводить на орбиту ИСЗ полезный груз массой 35-40 т. Двигатели всех блоков запускались на Земле (ЯРД ракеты ЯХР-П устанавливался в центральном блоке - второй ступени «пакета»). При запуске ЯРД в качестве промежуточной фазы предусматривался физический пуск (с увеличением мощности реактора от нуля до 0,1% от номинального уровня при отсутствии расхода рабочего тела и, соответственно, тяги). Вывод ЯРД ракеты ЯХР-П на главную ступень производился в полете за несколько секунд до отделения боковых блоков (разделение осуществлялось по схеме, принятой для ракеты Р-7).

В ходе разработки эскизных проектов ядерной и ядерно-химической ракет ОКБ-1 в двигательных ОКБ были выполнены несколько проектов ЯРД с твердофазным реактором. Так, в ОКБ-456 (ныне НПО «Энергомаш» имени В.П. Глушко), где работы начались в 1956 г., последовательно были выполнены эскизные проекты двигателей: в 1959 г. - РД-401 (с водным замедлителем нейтронов) и РД-402 (с бериллиевым замедлителем), имевших тягу в пустоте 1680 кН при удельном импульсе тяги 428 с (рабочим телом служил жидкий аммиак), позднее (1962 г.) - РД-404 тягой 2000 кН при удельном импульсе тяги 950 с (рабочее тело - жидкий водород) и РД-405 (1963 г.) тягой 400-500 кН с реактором, имевшим замедлитель из гидрида циркония и бериллиевый отражатель. В этих проектах были обоснованы многие специальные вопросы: использование гетерогенных реакторов с твердыми замедлителем и отражателем, замкнутая по газовому тракту схема привода турбонасосного агрегата, принцип рулевого управления путем качания двигателя на карданном подвесе, многосопловая конструкция двигателя, позволявшая существенно сократить его продольный габарит и др. Однако в 1963 г. разработка двигателей с твердофазным реактором в ОКБ-456 была прекращена в пользу развертывания силами того же коллектива (Р.А. Глиник, Г.Л. Лиознов, Е.М. Матвеев, К.К. Некрасов, В.Я. Сироткин, В.Н. Петров и др.) работ по газофазным ЯРД.

Параллельно с ОКБ-456 несколько проектов ЯРД с твердофазным реактором разработало в те же годы ОКБ-670 (ведущий конструктор темы В.А. Штоколов). Рабочим телом в этих разработках служил аммиак со спиртовой смесью, управление ступенью ракеты осуществлялось посредством газовых рулей. Наиболее примечательным был проект двигателя АРД-ЗВ с реактором, где в качестве замедлителя использовалась вода.

Эскизные проекты ракет ЯР-1 и ЯХР-Н были завершены в ОКБ СП. Королева (с учетом материалов по ЯРД, разработанных в ОКБ В.П. Глушко и М.М. Бондарюка) 30 декабря 1959 г. В резюме проектных материалов содержался принципиальной важности вывод о необходимости продолжения разработок ЯРД для применения в составе ракет-носителей космического назначения и нецелесообразности дальнейшей разработки боевой баллистической ракеты ЯР- I или ее модификаций.

На основе полученных материалов ОКБ-1, не дожидаясь завершения эскизных проектов ракет ЯР-1 и ЯХР-П, уже в середине 1959 г. выдало технические задания ОКБ-670 ГКАТ и ОКБ-456 ГКОТ на разработку эскизных проектов ЯРД схемы «А» тягой (соответственно) 2000 кН и 400 кН. После выхода 23 июня 1960 г. по инициативе СП. Королева Постановления правительства «О создании мощных ракет-носителей, спутников, космических кораблей и освоении космического пространства в 1960-1967 гг.» (это постановление дало начало разработке крупнейшей отечественной ракеты-носителя Н-1) ранее выданные ТЗ на разработку ЯРД были конкретизированы и уточнены с учетом выявившейся к тому времени целесообразности замены в ЯРД (в качестве рабочего тела) аммиака жидким водородом и повышении в связи с этим удельного импульса тяги двигателя до 900-950 с.

Проведенные в тот период ОКБ-1 совместно с НИИ-1 и двигательными ОКБ исследования показали, что наиболее перспективным направлением повышения эффективности носителя Н-1 является создание на его основе двухступенчатых носителей с ЯРД на второй ступени, обеспечивающими увеличение масс, выводимых на орбиту ИСЗ, в 2-2,5 раза при использовании двигателя схемы «А» и в 6-10 раз с двигателем схемы «В». Применение ЯРД при доставке груза на Луну обеспечивало увеличение его конечной массы в сравнении с использованием кислородо-водородных ЖРД на 75-90% (схема «А») и 135-175% (схема «В»).

При осуществлении пилотируемой экспедиции на Марс использование в составе ракетных космических комплексов ЯРД схемы «А» могло снизить, как показывали исследования тех лет, суммарную массу начального груза, выводимого на орбиту ИСЗ, на 40-45% в сравнении с вариантом применения кислородо-водородных ЖРД. Использование ЯРД схемы «В» увеличивало соответствующий выигрыш до 50-60%. Кроме того, высокий удельный импульс тяги ЯРД схемы «В» давал возможность расширить допустимый диапазон дат старта к Марсу или существенно сократить длительность экспедиции.

27 сентября 1960 г. М.В. Келдыш, СП. Королев, А.П. Александров, В.П. Глушко, М.М. Бондарюк, СП. Кувшинников и В.П. Мишин направили Д.Ф Устинову, К.Н Рудневу и М.И. Неделину письмо, в котором отметили, что «проведенные в 1956-1958 гг. рядом организаций (НИИ-1 ГКАТ, ОКБ-1 ГКОТ, ОКБ-456 ГКОТ, ИАЭ им. Курчатова АН СССР, лабораторией «В», ОКБ-670 ГКАТ и др.) комплексные исследования по использованию атомной энергии в двигательных ракетных установках и возможности создания ракет с ЯРД на разных рабочих телах показали, в частности, техническую реальность создания ракеты с ядерной двигательной установкой, использующей в качестве рабочего тела жидкий водород». Отметив необходимость создания «в возможно короткие сроки промышленной базы получения жидкого водорода», подписавшие письмо руководители ведущих оборонных НИИ и ОКБ одновременно предложили «всемерно форсировать работы по строительству экспериментальной базы для отработки ядерных двигателей».

Начало созданию такой базы было положено двумя годами ранее. Головная роль в определении ее технического облика и структуры отводилась в тот период предприятиям авиационной отрасли (позднее эти функции перешли к Министерству среднего машиностроения), что следует как из текста упоминавшегося выше постановления правительства от 30 июня 1958 г., так и из нижеприводимого приказа Государственного комитета СССР по авиационной технике (ГКАТ) по вопросу выбора площадки для строительства первого объекта базы -стенда с реактором РВД («Реактор взрывного действия», ныне носит название ИГР), предназначенного для испытаний тепловыделяющих сборок ЯРД.

*¹ Исследовательские работы по крылатой ракете с двигателями на химическом топливе велись в то время в рамках «темы Т-2» в ряде институтов и КБ авиационной и оборонной промышленности. - Прим. авт.

Приказ

Государственного комитета СССР по авиационной технике

№ 3148 августа 1958 г.
   

Совет Министров СССР постановлением от 30 июня 1958 г. № 711-339 обязал Государственный комитет СССР по авиационной технике совместно с Министерством среднего машиностроения, Министерством обороны СССР и Государственным комитетом СССР по оборонной технике до 1 сентября 1958 г. представить на утверждение Совету Министров СССР предложения по выбору площадки на полигоне № 2 Министерства обороны СССР для строительства стенда с реактором и горячей лабораторией, а также представить план основных работ по созданию указанных сооружений.

Во исполнение постановления Совета Министров СССР по согласованию с Министерством среднего машиностроения. Министерством обороны СССР и Государственным комитетом СССР по оборонной технике приказываю:

     1. Образовать комиссию в составе:

1.Ваничев А.П.от НИИ-1 ГКАТ
2.Иевлев В.М.от НИИ-1 ГКАТ
3.Берглезов В.Ф.от НИИ-1 ГКАТ
4.Каверзнев И.М.от НИИ-1 ГКАТ
5.Соколовский Н.Н.от Гипроавиапрома ГКАТ
6.Курбатов В.И.от ОКБ-456 ГКОТ
7.Глиник Р.А.от ОКБ-456 ГКОТ
8.Долгопятов А.М.от ОКБ-1 ГКОТ
9.Козлов В.Ф.от ЦНИИ-58 ГКОТ
10.Кучеров В.И.  от МО СССР
11.Ерин В.П.от МО СССР
12.Рыжков И.А. от МО СССР
13.Долганов В.А. от МСМ
14.Петунии Б.В. от Института атомной энергии АН СССР
     2. Председателем комиссии назначить доктора технических наук Ваничева А.П.

     3. Поручить комиссии к 25 августа 1958 г. представить мне на рассмотрение предложение по выбору площадки на полигоне № 2 МО СССР для строительства стенда с реактором и горячей лабораторией и календарный план основных этапов работ по созданию указанных сооружений.

Поручить комиссии установить долю участия и ответственности заинтересованных организацией в создании стенда, его экстплуатации и проведение испытаний.

Заместитель председателя ГКАТА. Кобзарев
Поручение было выполнено и в том же году на Семипалатинском ядерном полигоне началось, в соответствии с другим правительственным постановлением, строительство реактора и стенда, обеспечивающего проведение петлевых испытаний ТВС ЯРД. Первые конструкции ТВС (они потом были взяты за основу при разработке всех последующих модификаций) разработаны в НИИ-1 и там же изготовлены (И.И. Иванов, В.Н. Богин и др.), для чего была создана специализированная производственная мастерская (твэлы для ТВС поставлялись в НИИ-1 из НИИ-9). Первые три серии петлевых испытаний ТВС в реакторе ИГР, подтвердившие правильность положенных в основу их разработки идей, проведены Институтом атомной энергии имени И.В. Курчатова (ответственным за работу реактора ИГР - руководители работ СМ. Фейнберг, Б.В. Петунии, М.А. Козаченко, Я.В. Шевелев, В.М. Талызин, О.П. Руссков) и НИИ-1 (ответственным за работу стенда и испытуемой ТВС - руководители работ В.М. Иевлев, В.А. Зайцев, Е.П. Терехов) в 1962-1964 гг.

Таким образом, в начале 60-х годов как в США, так и в СССР были созданы основные предпосылки для практической реализации планов создания ЯРД и испытания их на стендах и в полете. При этом каждая страна шла своей дорогой - США создавали одну за другой конструкции твердофазных реакторов ЯРД и испытывали их на натурных стендах, притом делали это открыто, СССР в секретном порядке вел натурную поэлементную отработку ТВС и других элементов двигателя, готовя производственную, испытательную, кадровую базу для более широкого наступления.

Однако именно в этот период и в одной, и в другой стране в реализации многообещающих программ возникли первые серьезные трудности, носившие как технический, так и финансовый и политический характер.

Во-первых, первоначальную эйфорию стало вытеснять понимание того, что за достижение высоких открываемых применением ЯРД показателей придется заплатить немалую цену, решая многие проблемы в материаловедении, металлургии, теплотехнике, прочности, радиационной и вибрационной стойкости материалов, испытательной и измерительной технике. Это требовало соответствующего финансирования, кадров и времени. Во-вторых, проектные проработки и реальные достижения подтверждали, что в условиях продолжающегося прогресса в развитии двигателей на химическом топливе (ЖРД и РДТТ) ядерные двигатели нецелесообразно применять на боевых ракетах - все необходимые в пределах околоземного пространства оборонные задачи решались без них. Это обстоятельство в значительной степени отвернуло от ЯРД интерес военных (вскоре он, правда, был возобновлен - на другой основе) и оставило для применения ядерных двигателей лишь сферу исследования космоса, что само по себе, конечно, тоже немало, но позиции нового направления ракетного двигателестроения существенно ослабляло. Наконец, в-третьих, с приходом в Белый Дом в январе 1961 года новой администрации во главе с президентом Кеннеди в США не только были прекращены работы по самолету с атомной силовой установкой, но и развернулась широкая дискуссия (с противостоящими точками зрения) относительно перспективности ЯРД. В обсуждении тогда приняли участие представители НАСА, КАЭ, Конгресса, многие специалисты. В июне 1961 г. Кеннеди лично подвел итоги дискуссии, назвав национальную программу «Ровер» (создание ракеты с ЯРД) одним из четырех приоритетных направлений в завоевании космоса. «Эта программа, - заявил он, - дает перспективу получить через некоторое время более обнадеживающие средства для исследования космического пространства, чем химические ракеты с жидким и твердым горючим, причем не только для исследований районов за Луной, но и отдаленных пределов Солнечной системы». Вскоре программа работ по проекту «Ровер» получила новые импульсы ускорения.

Одним из таких импульсов явилось начало работ по созданию летного варианта ЯРД - двигателя «Нерва» (рис. 1.3) и подготовке программы его летных испытаний «Рифт» (RIFT - Reactor In Flight Test -реактор в испытательном полете). Испытания предполагалось проводить в ходе полета ракеты «Сатурн-В» по баллистической траектории (без выхода на орбиту ИСЗ) высотой до 1000 км с последующим падением отработавшего программу двигателя в южную часть Атлантического океана (перед входом в воду реактор ЯРД должен бьш быть взорван). Разумеется, с современных позиций защиты природы Земли такая программа представляется варварской и невозможной, но не забудем, что в те годы США и СССР продолжали или планировали интенсивные испытания мощного ядерного оружия в трех средах (в атмосфере, в космосе, под водой), и о радиационной защите биосферы мало кто думал.

Неудачные испытания в 1962 г. реакторов серии «Киви-В» затормозили выполнение этих планов. Становилось понятным, что «лобовая» концепция создания ЯРД является, скорее всего, ошибочной, и необходимо длительное, последовательное решение возникших в ходе разработки материаловедческих, конструкторских, теплотехнических и иных проблем. Намеченные на 1963 год шесть испытаний реакторов (два из которых, «Киви-В-4В» и «Киви-В-4Е» были уже изготовлены) перенесли на следующий год, а построенный к марту 1968 г, стенд ЕТ8-1 для испытаний двигателя «Нерва» оказался незадействованным.

В декабре 1962 г. президент Кеннеди, специально посетивший Лос-Аламосский центр для ознакомления с ходом выполнения программы «Ровер», заявил: «Следует понять, что ядерная ракета даже при наиболее благоприятных обстоятельствах не будет применяться в первых полетах на Луну - до 1970-1971 гг. Она будет пригодна для дальнейших полетов к Луне или к Марсу. Но у нас имеется много хороших конкурирующих областей применения средств, выделяем

Кол-во просмотров: 5530

promvest.info

Newsland – комментарии, дискуссии и обсуждения новости.

Каждые несколько лет какой-нибудь новый подполковник открывает для себя «Плутон». После этого он звонит в лабораторию, чтобы узнать дальнейшую судьбу ядерного ПВРД . Модная нынче тема, но мне представляется, что гораздо интереснее ядерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ведь ему не надо таскать с собой рабочее тело. Предполагаю, что в послании Президента речь шла именно о нем, но почему-то все сегодня начали постить про ЯРД??? Соберу-ка я тут все в одном месте. Прелюбопытные мысли, скажу я вам, появляются, когда вчитаешься в тему. И очень неудобные вопросы. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) — реактивный двигатель, является самым простым в классе воздушно-реактивных двигателей (ВРД) по устройству. Относится к типу ВРД прямой реакции, в которых тяга создается исключительно за счёт реактивной струи, истекающей из сопла. Необходимое для работы двигателя повышение давления достигается за счёт торможения встречного потока воздуха. ПВРД неработоспособен при низких скоростях полёта, тем более — при нулевой скорости, для вывода его на рабочую мощность необходим тот или иной ускоритель. Во второй половине 1950-х годов, в эпоху холодной войны, в США и СССР разрабатывались проекты ПВРД с ядерным реактором. Автор фото: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg Автор фото: Leicht modifiziert aus http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Pluto1955.jpg Источником энергии этих ПВРД (в отличие от остальных ВРД) является не химическая реакция горения топлива, а тепло, вырабатываемое ядерным реактором в камере нагрева рабочего тела. Воздух из входного устройства в таком ПВРД проходит через активную зону реактора, охлаждая его, нагревается сам до рабочей температуры (около 3000 К), а затем истекает из сопла со скоростью, сравнимой со скоростями истечения для самых совершенных химических ЖРД. Возможное назначения летательного аппарата с таким двигателем: - межконтинентальная крылатая ракета-носитель ядерного заряда; - одноступенчатый воздушно-космический самолёт. В обеих странах были созданы компактные малоресурсные ядерные реакторы, которые вписывались в габариты большой ракеты. В США по программам исследований ядерного ПВРД «Pluto» и «Tory» в 1964 году были проведены стендовые огневые испытания ядерного прямоточного двигателя «Tory-IIC» (режим полной мощности 513 МВт в течение пяти минут с тягой 156 кН). Лётные испытания не проводились, программа была закрыта в июле 1964 года. Одна из причин закрытия программы — совершенствование конструкции баллистических ракет с химическими ракетными двигателями, которые вполне обеспечили решение боевых задач без применения схем с сравнительно дорогостоящими ядерными ПВРД. Про вторую в российских источниках сейчас не принято говорить... Но мы к ней еще вернемся. В проекте «Плутон» должна была использоваться тактика полета на низких высотах. Данная тактика обеспечивала скрытность от радаров системы ПВО СССР. Для достижения скорости, на которой работал бы прямоточный воздушно-реактивный двигатель, «Плутон» должен был с земли запускаться при помощи пакета обычных ракетных ускорителей. Запуск ядерного реактора начинался только после того, как «Плутон» достигал высоты крейсерского полета и достаточно удалялся от населенных районов. Ядерный двигатель, дающий практически неограниченный радиус действия, позволял ракете летать над океаном кругами в ожидании приказа перехода на сверхзвуковую скорость к цели в СССР. Эскизный проект SLAM Эскизный проект SLAM Было принято решение провести статическое испытание полномасштабного реактора, который предназначался для прямоточного двигателя. Поскольку после запуска реактор «Плутона» становился чрезвычайно радиоактивным, его доставка на место испытаний осуществлялась по специально построенной полностью автоматизированной железнодорожной линии. По данной линии реактор перемещаться на расстояние примерно двух миль, которые разделяли стенд статических испытаний и массивное «демонтажное» здание. В здании «горячий» реактор демонтировался для проведения обследования при помощи оборудования, управляемого дистанционно. Ученые из Ливермора наблюдали за процессом испытаний с помощью телевизионной системы, которая размещалась в жестяном ангаре далеко от испытательного стенда. На всякий случай ангар оборудовался противорадиационным укрытием с двухнедельным запасом пищи и воды. Только чтобы обеспечить поставки бетона необходимого для строительства стен демонтажного здания (толщина составляла от шести до восьми футов), правительство Соединенных Штатов приобрело целую шахту. Миллионы фунтов сжатого воздуха хранились в трубах, использующихся в нефтедобыче, общей протяженностью 25 миль. Данный сжатый воздух предполагалось использовать для имитации условий, в которых прямоточный двигатель оказывается во время полета на крейсерской скорости. Чтобы обеспечить в системе высокое воздушное давление, лаборатория позаимствовала с базы подводных лодок (Гротон, шт. Коннектикут) гигантские компрессоры. Для проведения теста, во время которого установка работала на полной мощности в течение пяти минут, требовалось прогонять тонну воздуха через стальные цистерны, которые заполнялись более чем 14 млн. стальных шариков, диаметром 4 см. Данные цистерны нагревались до 730 градусов при помощи нагревательных элементов, в которых сжигали нефть. Установленный на железнодорожной платформе, Тори-2С готов к успешным испытаниям. Май 1964 года Установленный на железнодорожной платформе, Тори-2С готов к успешным испытаниям. Май 1964 года 14 мая 1961 г. инженеры и ученые, находящиеся в ангаре, откуда управлялся эксперимент, задержали дыхание — первый в мире ядерный прямоточный реактивный двигатель, смонтированный на ярко-красной железнодорожной платформе, возвестил о своем рождении громким ревом. Тори-2А запустили всего на несколько секунд, во время которых он не развивал своей номинальной мощности. Однако считалось, что тест являлся успешным. Самым важным стало то, что реактор не воспламенился, чего крайне опасались некоторые представители комитета по атомной энергетике. Почти сразу после испытаний Меркл приступил к работам по созданию второго реактора «Тори», который должен был иметь большую мощность при меньшей массе. Работы по Тори-2B дальше чертежной доски не продвинулись. Вместо него ливерморцы сразу построили Тори-2C, который нарушил безмолвие пустыни спустя три года после испытаний первого реактора. Спустя неделю данный реактор был вновь запущен и проработал на полной мощности (513 мегаватт) в течение пяти минут. Оказалась что радиоактивность выхлопа значительно меньше ожидаемой. На этих испытаниях также присутствовали генералы ВВС и чиновники из комитета по атомной энергетике. В это время заказчиков из Пентагона, финансировавших проект «Плутон», начали одолевать сомнения. Поскольку ракета запускалась с территории США и летела над территорией американских союзников на малой высоте, чтобы избежать обнаружения системами ПВО СССР, некоторые военные стратеги задумались — а не будет ли ракета представлять для союзников угрозу? Еще до того как ракета «Плутон» сбросит бомбы на противника, она сначала оглушит, раздавит и даже облучит союзников. (Ожидалось, что от Плутона, пролетающего над головой, уровень шума на земле будет составлять около 150 децибел. Для сравнения — уровень шума ракеты, отправившей американцев на Луну (Сатурн-5), на полной тяге составила 200 децибел). Разумеется, разорванные барабанные перепонки были бы наименьшей проблемой, если бы вы оказались под пролетающим над вашей головой обнаженным реактором, который изжарил бы вас как цыпленка гамма- и нейтронным излучением. Тори-2C Тори-2C Хотя создатели ракеты утверждали, что «Плутон» изначально по своей сути также неуловим, военные аналитики выражали недоумение — как нечто такое шумное, горячее, большое и радиоактивное может оставаться незамеченным на протяжении времени, которое необходимо для выполнения задачи. В это же время военно-воздушные силы США уже начали развертывать баллистические ракеты «Атлас» и «Титан», которые были способны достичь целей на несколько часов раньше летающего реактора, и противоракетная система СССР, страх перед которой стал основным толчком для создания «Плутона», так и не стала для баллистических ракет помехой, несмотря на успешно проведенные испытательные перехваты. Критики проекта придумали собственную расшифровку аббревиатуры SLAM — slow, low, and messy — медленно, низко и грязно. После успешных испытаний ракеты «Полярис» флот, изначально проявлявший интерес к использованию ракет для пусков с подводных лодок или кораблей, также начал покидать проект. И, наконец, стоимость каждой ракеты составляла 50 миллионов долларов. Внезапно «Плутон» стал технологией, которой нельзя найти приложения, оружием, у которого не было подходящих целей. Однако последним гвоздем в гроб «Плутона» стал всего один вопрос. Он настолько обманчиво простой, что можно извинить ливерморцев за то, что они ему сознательно не уделили внимания. «Где проводить летные испытания реактора? Как убедить людей в том, что во время полета ракета не потеряет управление и не полетит над Лос-Анджелесом или Лас-Вегасом на малой высоте?» — спрашивал физик ливерморской лаборатории Джим Хэдли, который до самого конца работал над проектом «Плутон». В настоящее время он занимается обнаружением ядерных испытаний, которые проводятся в других странах, для подразделения Z. По признанию самого Хэдли, не было никаких гарантий, что ракета не выйдет из под контроля и не превратится в летающий Чернобыль. Было предложено несколько вариантов решения данной проблемы. Одно из них - запуск Плутона около острова Уэйк, где ракета летала бы, нарезая восьмерки над принадлежащей Соединенным Штатам частью океана. «Горячие» ракеты предполагалась затапливать на глубине 7 километров в океане. Однако даже тогда, когда комиссия по атомной энергетике склоняла мнение людей думать о радиации как о безграничном источнике энергии, предложения сбрасывать множество загрязненных радиацией ракет в океан было вполне достаточно, чтобы работы приостановили. 1 июля 1964 г, спустя семь лет и шесть месяцев с начала работ, проект «Плутон» закрыли комиссия по атомной энергетике и военно-воздушные силы. По словам Хэдли, каждые несколько лет какой-нибудь новый подполковник военно-воздушных сил открывает для себя «Плутон». После этого он звонит в лабораторию, чтобы узнать дальнейшую судьбу ядерного ПВРД. Энтузиазм у подполковников пропадает сразу же после того как Хэдли рассказывает о проблемах с радиацией и летными испытаниями. Больше одного раза никто Хэдли не звонил. Если кого-то захочет вернуть к жизни «Плутон», то, возможно, ему удастся найти несколько новобранцев в Ливерморе. Однако их много не будет. Идею того, что могло стать адским безумным оружием, лучше оставить в прошлом. Технические характеристики ракеты SLAM: Диаметр — 1500 мм. Длинна — 20000 мм. Масса — 20 тонн. Радиус действия — не ограниченный (теоретически). Скорость на уровне моря — 3 Маха. Вооружение — 16 термоядерных бомб (мощность каждой 1 мегатонна). Двигатель — ядерный реактор (мощность 600 мегаватт). Система наведения — инерциальная + TERCOM. Максимальная температура обшивки — 540 градусов Цельсия. Материал планера — высокотемпературная, нержавеющая сталь Рене 41. Толщина обшивки — 4 — 10 мм. Тем не менее, ядерный ПВРД перспективен как двигательная система для одноступенчатых воздушно-космических самолётов и скоростной межконтинентальной тяжёлой транспортной авиации. Этому способствует возможность создания ядерного ПВРД, способного работать на дозвуковых и нулевых скоростях полёта в режиме ракетного двигателя, используя бортовые запасы рабочего тела. То есть, например, воздушно-космический самолёт с ядерным ПВРД стартует (в том числе взлетает), подавая в двигатели рабочее тело из бортовых (или подвесных) баков и, уже достигнув скоростей от М = 1, переходит на использование атмосферного воздуха. Как заявил президент РФ В. В. Путин, в начале 2018 года «состоялся успешный пуск крылатой ракеты с ядерной энергоустановкой». При этом, по его заявлению, дальность такой крылатой ракеты "неограниченная". Интересно, а в каком регионе проводились испытания и почему их проушехлопили соответствующие службы мониторинга за ядерными испытаниями. Или все-таки осенний выброс рутения-106 в атмосфере как-то связан с этими испытаниями? Т.е. челябинцев не только присыпали рутением, но еще и поджарили? А куда упала эта ракета можно узнать? Проще говоря, где расколотили ядерный реактор? На каком полигоне? На Новой Земле? ************************************************************ А теперь немного почитаем про ядерные ракетные двигатели, хотя это совсем другая история Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают жидкостными (нагрев жидкого рабочего тела в нагревательной камере от ядерного реактора и вывод газа через сопло) и импульсно-взрывными (ядерные взрывы малой мощности при равном промежутке времени). Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из нагревательной камеры с ядерным реактором как источником тепла, системы подачи рабочего тела и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД: твёрдофазный, жидкофазный и газофазный — соответствующие агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо даже плазма). Ист. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546 Ист. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1822546 РД-0410 (Индекс ГРАУ — 11Б91, известен также как «Иргит» и «ИР-100») — первый и единственный советский ядерный ракетный двигатель 1947-78 гг. Был разработан в конструкторском бюро «Химавтоматика», Воронеж. В РД-0410 был применён гетерогенный реактор на тепловых нейтронах. Конструкция включала в себя 37 тепловыделяющих сборок, покрытых теплоизоляцией, отделявшей их от замедлителя. Проектом предусматривалось, что поток водорода вначале проходил через отражатель и замедлитель, поддерживая их температуру на уровне комнатной, а затем поступал в активную зону, где нагревался при этом до 3100 К. На стенде отражатель и замедлитель охлаждались отдельным потоком водорода. Реактор прошёл значительную серию испытаний, но ни разу не испытывался на полную длительность работы. Внереакторные узлы были отработаны полностью. ******************************** А это американский ядерный ракетный двигатель. Автор: NASA - Great Images in NASA Description, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378 Автор: NASA - Great Images in NASA Description, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6462378 NERVA (англ. Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) — совместная программа Комиссии по атомной энергии США и НАСА по созданию ядерного ракетного двигателя (ЯРД), продолжавшаяся до 1972 года. NERVA продемонстрировал, что ЯРД вполне работоспособен и подходит для исследования космоса, и в конце 1968 года SNPO подтвердил, что новейшая модификация NERVA, NRX/XE, отвечает требованиям для пилотируемого полета на Марс. Хотя двигатели NERVA были построены и испытаны в максимально возможной степени и считались готовыми к установке на космический аппарат, бо́льшая часть американской космической программы была отменена администрацией президента Никсона. NERVA была оценена AEC, SNPO и НАСА как высокоуспешная программа, достигшая или даже превысившая свои цели. Главная цель программы заключалась в «создании технической базы для систем ядерных ракетных двигателей, которые будут использоваться в разработке и развитии двигательных установок для космических миссий». Практически все космические проекты, использующие ЯРД, основаны на конструкциях NERVA NRX или Pewee. Марсианские миссии стали причиной упадка NERVA. Члены Конгресса из обеих политических партий решили, что пилотируемый полет на Марс будет молчаливым обязательством для Соединенных Штатов в течение десятилетий поддерживать дорогостоящую космическую гонку. Ежегодно программа RIFT задерживалась и цели NERVA усложнялись. В конце концов, хотя двигатель NERVA прошёл много успешных испытаний и имел мощную поддержку Конгресса, он никогда не покидал Землю. В ноябре 2017 года Китайская корпорация аэрокосмической науки и техники (China Aerospace Science and Technology Corporation, CASC) опубликовала дорожную карту развития космической программы КНР на период 2017—2045 годы. Она предусматривает, в частности, создание многоразового корабля, работающего на ядерном ракетном двигателе. В феврале 2018 года появились сообщения о том, что НАСА возобновляет научно-исследовательские работы по ядерному ракетному двигателю.

newsland.com

Ядерный ракетный двигатель - это... Что такое Ядерный ракетный двигатель?

Я́дерный раке́тный дви́гатель (ЯРД) — разновидность ракетного двигателя, которая использует энергию деления или синтеза ядер для создания реактивной тяги. Бывают реактивными (нагрев рабочего тела в ядерном реакторе и вывод газа через сопло) и импульсными (ядерные взрывы малой мощности при равном промежутке времени).

NASA-NERVA-diagram.jpg

Традиционный ЯРД в целом представляет собой конструкцию из ядерного реактора, системы подачи рабочего тела, и сопла. Рабочее тело (как правило — водород) — подаётся из бака в активную зону реактора, где, проходя через нагретые реакцией ядерного распада каналы, разогревается до высоких температур и затем выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу. Существуют различные конструкции ЯРД — твёрдофазный, жидкофазный и газофазный, соответственно агрегатному состоянию ядерного топлива в активной зоне реактора — твёрдое, расплав или высокотемпературный газ (либо плазма). ЯРД активно разрабатывались и испытывались в СССР (см. РД-0410) и США (cм.

NERVA) с середины 1950-х годов. Исследования ведутся и в настоящее время.[1]

Ядерный импульсный двигатель

Атомные заряды мощностью примерно в килотонну на этапе взлёта должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Ударная волна — расширяющееся плазменное облако — должна была приниматься «толкателем» — мощным металлическим диском с теплозащитным покрытием, и, потом, отразившись от него, создать реактивную тягу. Импульс, принятый плитой толкателя, через элементы конструкции передавался кораблю. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно было уменьшить. При взлёте корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения атмосферы.

В США были проведены несколько испытаний модели летательного аппарата с импульсным приводом (для взрывов использовалась обычная химическая взрывчатка). Получены положительные результаты о принципиальной возможности управляемого полёта аппарата с импульсным двигателем.

Реальных испытаний импульсного ЯРД с подрывом ядерных устройств не проводилось. Дальнейшие практические разработки в области импульсных ЯРД были прекращены в конце 1960-х гг.

Ранние разработки

В США космические разработки с использованием импульсных ядерных ракетных двигателей осуществлялись с 1958 по 1965 год в рамках проекта «Орион» (англ. Project Orion) компанией «Дженерал Атомикс» (англ. «General Atomics») по заказу ВВС США.

Космический корабль проекта «Орион», рисунок художника

Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчётная стоимость — 24 миллиарда долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Аполлон» («Apollon»). Интересно, что разработчики проводили предварительные расчеты постройки на базе этой технологии звездолёта-«ноева ковчега» с массой до 40 млн. т и экипажем до 20 000 человек[2]. Согласно их расчётам, один из уменьшенных вариантов такого ядерно-импульсного звездолёта (массой 100 тыс. т) мог бы достичь Альфы Центавра за 130 лет, разогнавшись до скорости 10 000 км/с.[3][4] Однако приоритеты изменились и в 1965 году проект был закрыт.

В СССР аналогичный проект разрабатывался в 1950—70-х годах.[источник не указан 566 дней] Устройство содержало дополнительные химические реактивные двигатели, выводящие его на 30-40 км от поверхности Земли и затем предполагалось включать основной ядерно-импульсный двигатель. Основной проблемой была прочность экрана-толкателя, который не выдерживал огромных тепловых нагрузок от близких ядерных взрывов. Вместе с тем были предложены несколько технических решений, позволяющих разработать конструкцию плиты-толкателя с достаточным ресурсом. Проект не был завершён.

В 1960-х годах США были на пути к Луне. Менее известным является тот факт, что в Зоне-25 (рядом со знаменитой Зоной-51) на полигоне Невады учёные работали над одним амбициозным проектом – полётом на Марс на ядерных двигателях. Проект был назван NERVA. Работая на полную мощность, ядерный двигатель должен был нагреваться до температуры в 2026,7 °C (2299,8° K) и охлаждаться жидким азотом.[источник не указан 395 дней]

Затем учёные из Лос-Аламоса решили узнать, что произойдёт, если контроль над одним из таких ядерных двигателей будет утерян, и он взорвётся. И тогда появился KIWI – эксперимент по намеренному взрыву одного из таких двигателей. В январе 1965 года ядерному ракетному двигателю под кодовым названием «KIWI» специально позволили перегреться. При температуре в 4 тысячи градусов по Цельсию реактор взорвался. Взрыв разметал 45 кг радиоактивного топлива на четверть мили. Учёные находились в воздухе, и измеряли количество радиации, которая оказалась в атмосфере.[источник не указан 395 дней]

Пять месяцев спустя произошла настоящая авария, когда перегрелся ядерный двигатель другой сборки, который носил кодовое название Phoebus. Он взорвался, когда случайно опустела одна из ёмкостей с жидким водородом.[источник не указан 395 дней]

Современные проекты

15 апреля 2011 года состоялось четвёртое заседание Рабочей группы по космосу Российско-Американской президентской комиссии по вопросам сотрудничества, на котором среди прочих вопросов исследования космоса обсуждался вопрос создания двигательных установок[5].

22 апреля 2011 года на сайте российского Федерального космического агентства среди документации очередных открытых конкурсов размещена информация об объявлении конкурса на право заключения государственного контракта по разработке ядерной энергодвигательной установки большой мощности для межорбитального буксира, многофункциональной платформы на геостационарной орбите и межпланетных космических аппаратов[6]. Итоги конкурса будут объявлены 27 мая 2011 года[7].

Использование ядерной энергоустановки мегаваттного класса предполагается в космическом корабле для дальних космических полётов. Эскизный проект ядерного двигателя должен быть готов к 2012 году, после этого на дальнейшую разработку проекта потребуется 17 миллиардов рублей[7].

Космические полёты за лунную орбиту требуют новых технологий и единственным вариантом нового двигателя для космических кораблей является ядерная силовая установка:

«Полеты на Марс на современных двигателях займут очень много времени. Необходимо создание новой установки для сверхтяжелых ракет. Россия обладает всеми технологиями для создания двигателей подобного класса. Я надеюсь, что в 2019 году работа над двигателем должна быть закончена», — сказал глава Роскосмоса Анатолий Перминов[8].

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

dikc.academic.ru


Смотрите также