Печать

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
1 час 1 день 1 неделя 1 месяц Навсегда

[Suo]

Советский ядерный ракетный двигатель - самый ранний этап работ.
Прыгичев Т.В.

Данный доклад является обобщением имеющейся информации о начальном периоде некогда совершенно секретных работ по созданию ядерных ракетных двигателей СССР в 1950-е и в начале 1960-х годов. Идея создания ядерного ракетного двигателя берет свое начало в 1952 году. В это время полным ходом шли работы по созданию первой советской атомной электростанции в Обнинске и началась разработка ядерных энергетических установок для подводных лодок. Научным руководителем темы был назначен будущий (с 1953г.) академик Анатолий П.Александров, тогда директор Института Физических проблем (ИФП). Более того, группа возглавляемых им ученых, предложила разработать ядерную двигательную установку для стратегических бомбардировщиков и ядерный ракетный двигатель для баллистических ракет. Однако это предложение оставалось лишь заманчивой идеей вплоть до 1955 года. Первое техническое изучение проблем, связанных с созданием ядерных ракетных двигателей, было проведено в Советском Союзе в 1955-1956 гг. Исследования проводились в нескольких организациях. В феврале 1956г. ОКБ-456, которое возглавлял Валентин П.Глушко, выпустило отчет "Термоядерный ракетный двигатель". В том же году, Лаборатория "В", осуществлявшая создание первой атомной электростанции в Обнинске, выпустила свой отчет, озаглавленный "Ракета дальнего действия с ядерным двигателем". Научным руководителем Лаборатории "В" был академик Александр И.Лейпунский. Аналогичные работы проводило НИИ-1 по инициативе В.М.Иевлева и Н.Н.Пономарева-Степного. Из нескольких вариантов двигателя был выбран двигатель с твердофазным урановым реактором и прямым нагревом рабочего тела в реакторе. Главным конструктором ядерного ракетного двигателя был назначен В.П.Глушко, а ракеты, оснащенной таким двигателем - С.П.Королев. В конце 1956г и первой половине 1957г. ОКБ-1 провело первые исследования схем ракет с ядерным двигателем. В качестве рабочего тела рассматривались жидкий водород и жидкий аммиак. Однако водород был вскоре снят с рассмотрения. На первом этапе работ оптимизм, касающийся скорого создания ядерного ракетного двигателя, был велик. 30 июня 1958г. было принято постановление Правительства о начале работ по созданию ракет, оснащенных ядерным двигателем. В 1958-1959 году ОКБ-1 уже работало над несколькими проектами ракет с ЯРД, а ОКБ-456 В.П.Глушко и ОКБ-670, возглавляемое М.М.Бондарюком, над ядерным ракетным двигателем, который должен был развивать тягу 140 тонн! Двигатель ОКБ-456 должен был использовать жидкий аммиак, в качестве рабочего тела, а двигатель ОКБ-670 - смесь аммиака и спирта. Многие проекты перспективных тяжелых ракет-носителей, которые изучались ОКБ-1 в 1958-1962гг., предусматривали использование ЯРД на второй и последующих ступенях. Однако, несмотря на то, что в 1961 г. состоялся первый запуск экспериментального реактора ИГР, к 1962 году стало очевидно, что ядерный ракетный двигатель дело не такого близкого будущего, как это предполагали в середине 1950-х гг. В 1963г. ОКБ-456, по инициативе Глушко переключилось на работы по ЯРД с газофазным реактором, а ОКБ-670 вообще прекратило работы по ЯРД. Тем не менее, в 1960-е гг. исследования по ЯРД продолжались в НИИ-1 с привлечением специалистов ИАЭ, ФЭИ, ЦИАМ, ПНИТИ и других организаций. В 1965г., по техническому заданию ОКБ-52, возглавляемому Владимиром Н.Челомеем, к созданию ЯРД приступило ОКБ-154 (ныне Конструкторское Бюро Химавтоматики). Эта работа привела к созданию в 1970-х гг. первого отечественного ЯРД РД-0410.




«Твердофазный» ЯРД

В СССР исследования по проблемам использования энергии ядра в ракетно-космической технике начались во второй половине 50-х годов, еще до запуска первых ИСЗ. В нескольких научно-исследовательских институтах возникли небольшие группы энтузиастов, поставивших целью создание ракетных и космических ядерных двигателей и энергоустановок.

 Конструкторы ОКБ-11 С.П.Королева совместно со специалистами НИИ-12 под руководством В.Я.Лихушина рассматривали несколько вариантов космических и боевых (!) ракет, оснащенных ядерными ракетными двигателями (ЯРД). В качестве рабочего тела оценивались вода и сжиженные газы – водород, аммиак и метан.

 Перспектива была многообещающей; постепенно работы нашли понимание и финансовое обеспечение в правительстве СССР.

 Уже самый первый анализ показал, что среди множества возможных схем космических ядерных энергодвигательных установок (ЯЭДУ) наибольшие перспективы имеют три:
с твердофазным ядерным реактором;
 с газофазным ядерным реактором;
 электроядерные ракетные ЭДУ.
 Схемы отличались принципиально; по каждой из них наметили несколько вариантов для развертывания теоретических и экспериментальных работ.

 Наиболее близким к реализации представлялся твердофазный ЯРД. Стимулом к развертыванию работ в этом направлении послужили аналогичные разработки, проводившиеся в США с 1955 г. по программе ROVER, а также перспективы (как тогда казалось) создания отечественного межконтинентального пилотируемого самолета-бомбардировщика с ЯЭДУ.

 Твердофазный ЯРД работает как прямоточный двигатель. Жидкий водород поступает в сопловую часть, охлаждает корпус реактора, тепловыделяющие сборки (ТВС), замедлитель, а далее разворачивается и попадает внутрь ТВС, где нагревается до 3000 К и выбрасывается в сопло, ускоряясь до высоких скоростей.

 Принципы работы ЯРД не вызывали сомнений. Однако конструктивное выполнение (и характеристики) его во многом зависели от «сердца» двигателя – ядерного реактора и определялись, прежде всего, его «начинкой» – активной зоной.

 Разработчики первых американских (и советских) ЯРД стояли за гомогенный реактор с графитовой активной зоной. Несколько особняком шли работы поисковой группы по новым видам высокотемпературного топлива, созданной в 1958 г. в лаборатории №21 (руководитель – Г.А.Меерсон) НИИ-93 (директор – А.А.Бочвар). Под влиянием развернутых в то время работ по реактору для самолета (соты из оксида бериллия) в группе предприняли попытки (опять же поисковые) получить материалы на основе карбида кремния и циркония, стойкие к окислению.

 По воспоминаниям Р.Б. Котельникова, сотрудника НИИ-9, весной 1958 г. у руководителя лаборатории №21 состоялась встреча с представителем НИИ-1 В.Н.Богиным. Он рассказал, что в качестве основного материала для тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора в их институте (кстати, в то время головном в ракетной отрасли; начальник института В.Я.Лихушин, научный руководитель М.В.Келдыш, начальник лаборатории В.М.Иевлев) применяют графит. В частности, уже научились наносить на образцы покрытия для защиты от водорода. Со стороны НИИ-9 было предложено рассмотреть возможность применения карбидов UC-ZrC как основы твэлов.

 Спустя короткое время появился еще один заказчик на твэлы – ОКБ М.М.Бондарюка, которое идейно конкурировало с НИИ-1. Если последний стоял за многоканальную цельноблочную конструкцию, то ОКБ М.М.Бондарюка взяло курс на разборный пластинчатый вариант, ориентируясь на легкость механообработки графита и не смущаясь сложностью деталей – пластин миллиметровой толщины с такими же ребрышками. Карбиды обрабатываются гораздо сложнее; в то время из них невозможно было изготовить такие детали, как многоканальные блоки и пластины. Стала ясна необходимость создания какой-то иной конструкции, соответствующей специфике карбидов.

 В конце 1959 г. – начале 1960 г. было найдено решающее условие для твэлов ЯРД – стержневой тип сердечника, удовлетворяющий заказчиков – НИИ Лихушина и ОКБ Бондарюка. Как основную для них обосновали схему гетерогенного реактора на тепловых нейтронах; ее основные достоинства (по сравнению с альтернативным гомогенным графитовым реактором) таковы:
возможно использовать низкотемпературный водородосодержащий замедлитель, что позволяет создать ЯРД с высоким массовым совершенством;
 возможно разработать малоразмерный прототип ЯРД тягой порядка 30…50 кН с высокой степенью преемственности для двигателей и ЯЭДУ следующего поколения;
 возможно широко применять в твэлах и других деталях конструкции реактора тугоплавкие карбиды, что позволяет максимально увеличить температуру нагрева рабочего тела и обеспечить повышенный удельный импульс;
 возможно поэлементно автономно отработать основные узлы и системы ЯРД (ЯЭДУ), такие как тепловыделяющие сборки, замедлитель, отражатель, турбонасосный агрегат (ТНА), систему управления, сопло и др.; это позволяет проводить отработку параллельно, сокращая объем дорогостоящих комплексных испытаний энергоустановки в целом.
 Примерно в 1962–1963 гг. работы по проблеме ЯРД возглавил НИИ-1, имеющий мощную экспериментальную базу и прекрасные кадры. Им не хватало только технологии по урану, а также ядерщиков. С привлечением НИИ-9, а потом и ФЭИ сложилась кооперация, которая взяла за идеологию создание минимального по тяге (около 3.6 тс), но «настоящего» летнего двигателя с «прямоточным» реактором ИР-100 (испытательный или исследовательский, мощностью 100 МВт, главный конструктор – Ю.А.Трескин). Поддержанный постановлениями правительства, НИИ-1 строил электродуговые стенды, неизменно поражавшие воображение – десятки баллонов по 6–8 м высоты, громадные горизонтальные камеры мощностью свыше 80 кВт, броневые стекла в боксах. Участников совещаний вдохновляли красочные плакаты со схемами полетов к Луне, Марсу и т.д. Предполагалось, что в процессе создания и испытаний ЯРД будут решены вопросы конструкторского, технологического, физического плана.

 По мнению Р.Котельникова, дело, к сожалению, осложнялось не очень ясной позицией ракетчиков. Министерство общего машиностроения (МОМ) с большими трудностями финансировало программу испытаний и строительство стендовой базы. Казалось, что МОМ не имеет желания или возможностей продвигать программу ЯРД.


«Водородный клуб»
Как горючее в паре с жидким кислородом (ЖК) жидкий водород (ЖВ) был предложен в 1903 г. К. Э. Циолковским. Он писал, что топливная пара ЖК+ЖВ энергетически самая выгодная. Позволяет при равной стартовой массе ракеты выводить в космос гораздо большую массу полезного груза (ПГ) по сравнению с другими видами топлива, не содержащими в качестве компонентов ЖВ. Однако на пути применения водородного топлива стояли объективные трудности. Первая - большая сложность его сжижения (получение 1 кг ЖВ обходится в 20-100 раз дороже 1 кг керосина). Вторая - неудовлетворительные физические параметры - чрезвычайно низкая температура кипения (-243°С) и очень малая плотность (ЖВ в 14 раз легче воды), что отрицательно сказывается на возможности хранения этого компонента.

Один из основоположников практического отечественного ракетного двигателестроения В. П. Глушко еще на заре своей деятельности в этой области достаточно скептически относился к возможности использования ЖВ в качестве горючего для ЖРД даже в далеком будущем. Он ссылался при этом прежде всего на его малую плотность (топливная пара ЖК+ЖВ в 3,5 раза легче топлива ЖК+керосин), требующую больших и тяжелых баков для размещения горючего на ракете. Трудно иметь дело с водородным топливом из-за его низкой температуры хранения и большой взрывоопасности. Зато долгохранимые компоненты (углеводороды, амины, синтетическое горючее и т. п.), не требуют при эксплуатации специальных мер по защите от выкипания. Глушко видел перспективы применения в ракетно-космической технике топлив, имеющих гораздо более низкие по сравнению с водородом энергетические, но более высокие эксплуатационные характеристики - большую плотность и высокую температуру кипения. В расчете на такие топлива он и пытался развивать основные направления в разработке ЖРД в СССР. Зачастую вступал в разногласие с другими ведущими специалистами отечественного ракетостроения, в том числе их С. П. Королевым. Тот признавал трудности в создании кислородно-водородных ракет, но видел их большие преимущества в будущем.

Скепсис Глушко разделяли и другие ведущие советские специалисты. Их нежелание начать широкие исследования и отсутствие хорошо оснащенной опытной базы привело к тому, что высоко-энергетическое криогенное горючее долгое время оставалось в тени у отечественных двигателистов.

Что за рубежом? Из-за различия в подходах к разработке ЖРД специалисты до начала 1950-х годов не смогли определиться, какие же основные требования следует предъявлять к ракетному топливу? Потому с середины 1940-х исследования различных ракетных топлив (главным образом в США) велись широко. Ни одной из рассматриваемых топливных пар не отдавалось предпочтение. Предполагалось, что в будущем большинство из них сможет найти свою область применения.

Одним из топлив стало кислородно-водородное. Эксперименты с ним велись в США со второй половины 1940-х годов. Первый опытный ЖРД испытан в 1949-м. Примерно до середины 1950-х исследования не выходили из рамок НИОКР. Затем для повышения удельного импульса ЖРД (основной энергетический показатель перспективных, в том числе и космических, систем) работы набрали темп. Интерес к ЖВ стал очевидным не только в ракетостроении, но и в авиации, атомной промышленности.

В 1958-м под эгидой управления перспективных исследований АРПА министерства обороны США были предложены первые достаточно реальные проекты ракет с водородными двигателями. В октябре того же года начались разработки, а в июле 1959-го состоялись первые наземные испытания стендового образца кислородно-водородного ЖРД. Он и стал прототипом двигателей перспективных ракетно-космических систем.

Примерно тогда же руководство по всем направлениям ракетостроения и космонавтики было сосредоточено в Национальном управлении по аэронавтике и космическим исследованиям (НАСА). Правительственную поддержку получили исследования водородных двигателей.

В 1959 г. НАСА выдало фирме Конвэр крупный заказ на проектирование кислородно-водородного блока "Центавр". Он мог в будущем использоваться в качестве верхних ступеней таких РН, как "Атлас", "Титан" и вновь разрабатываемой тяжелой ракеты "Сатурн". ЖРД для блока "Центавр" создавала фирма Пратт энд Уитни.

[Suo]

Информация к размышлению-2


2006-02-05 Вопрос о падении ступени ракеты "Союз-2" в Свердловской области остается открытым

ЕКАТЕРИНБУРГ. Вопрос о возможном падении одной из ступеней ракеты "Союз-2" на территории Свердловской области по-прежнему остается открытым, сообщили сегодня ИТАР-ТАСС в министерстве природных ресурсов Свердловской области.

В ближайшее время с космодрома Байконур должны начаться запуски ракеты-носителя "Союз-2", с целью "выведения на солнечно-синхронную орбиту космического аппарата "Метоп". Для запуска ракет космодром Байконур использует несколько космических трасс, одна из которых проходит над территорией Свердловской области. Одна из ступеней ракеты должна упасть в тайгу северо-западнее Карпинска, Краснотурьинска и Североуральска, сообщают в министерстве.

Для того, чтобы согласовать этот вопрос с областными властями, Свердловскую область посетила делегацию Роскосмоса. Между тем, визит этот вызвал весьма неоднозначную реакцию. По словам начальника Центра эксплуатации наземной космической инфраструктуры Роскосмоса Андрея Полуаршинов, эта горно-таежная местность выбрана не случайно. Она почти безлюдна, поэтому какие-либо трагедии маловероятны. При этом падающие части ракеты не представляют большой угрозы и для экологии.

Однако, как отмечают в министерстве, за весь полет от "Союза-2" в окружающую среду поступит 284674 килограмма продуктов сгорания, в том числе токсичных (оксид углерода и оксид азота) - более 28000 килограммов. Часть из них в любом случае опустится на территорию Свердловской области. Кроме того, при падении ступени на почву попадет не менее 320 килограммов керосина марки Т-1 и около 1000 килограммов пероксида водорода. Кроме того, при ударе о землю частей ракеты может произойти взрыв. Как сказано в документах, на открытой местности опасность поражения сохраняется до 600 метров, а компоненты ракетных топлив разбрызгиваются за счет ударной волны в радиусе до 300 метров. В летний период взрыв может стать причиной лесного пожара, при падении ступени в озеро или пруд неизбежно загрязнение воды, гибель рыбы.

Экологов также насторожил тот факт, что в район падения ступени попадает часть территории заповедника "Денежкин Камень", а также памятник природы Конжаковский Камень. "Мы считаем, что эти объекты надо вывести из опасной зоны и по возможности сместить космическую трассу", - заявил замминистра природных ресурсов Михаил Бокачев. Специалисты Роскосмоса гарантий на этот счет дать не смогли, заявив, что технически сделать это крайне сложно. Между тем Конжаковский Камень часто посещают туристы и остановить их поток сложно. Однако областные власти считают, что запуск "Союза-2" - важный проект не только для России, но и для Среднего Урала. В его реализации задействованы некоторые крупные предприятия области, а это выгодные заказы, расширение производства, новые рабочие места.

И все же в связи с явным протестом уральцев космический проект может быть либо отложен, либо изменен с учетом пожеланий экологов и общественности. По крайней мере, пока делегация Роскосмоса уехала ни с чем, не подписав ни одного документа.

[★ Главком]

"Все в порядке, ничего не упадет,никто не пострадает", - сказала на прощание Делегация Роскосмоса и уехала, осторожно огибая территорию заповедника Конжаковский Камень.

[Artysta343]

Так, к слову: Заповедника Конжаковского нет, а есть заповедник Денежкин камень, который чуть севернее.

[★ Главком]

Заповедника Конжаковского нет, а есть заповедник Денежкин камень

А после падения ступеней ракеты не будет и Денежкина заповедника.

[Алекс]

Может, эксперимент проведем? Хотя бы маленький?