Dans le passé, les pays leaders recherchaient des solutions fondamentalement nouvelles dans le domaine des moteurs pour fusées et la technologie spatiale. Les propositions les plus audacieuses concernaient la création de la soi-disant. moteurs de fusée nucléaires basés sur un réacteur à matières fissiles. Dans notre pays, les travaux dans ce sens ont donné de réels résultats sous la forme d'un moteur expérimental RD0410. Néanmoins, ce produit n'a pas réussi à trouver sa place dans des projets prometteurs et à influencer le développement de l'astronautique nationale et mondiale.
Propositions et projets
Déjà dans les années cinquante, quelques années avant le lancement du premier satellite et d'un engin spatial habité, les perspectives de développement de moteurs-fusées à combustible chimique étaient déterminées. Cette dernière permettait d'obtenir des caractéristiques très élevées, mais la croissance des paramètres ne pouvait être infinie. À l'avenir, les moteurs devaient "atteindre le plafond" de leurs capacités. À cet égard, pour le développement ultérieur des fusées et des systèmes spatiaux, des solutions fondamentalement nouvelles étaient nécessaires.
Construit, mais non testé par RD0410 NRM
En 1955, l'académicien M. V. Keldysh a proposé une initiative pour créer un moteur de fusée d'une conception spéciale, dans laquelle un réacteur nucléaire agirait comme source d'énergie. Le développement de cette idée a été confié au NII-1 du ministère de l'Industrie aéronautique; V. M. Ievlev. Dans les plus brefs délais, les spécialistes ont cerné les principaux problèmes et proposé deux options pour un NRE prometteur avec les meilleures caractéristiques.
La première version du moteur, désignée sous le nom de "Schéma A", proposait l'utilisation d'un réacteur avec un cœur en phase solide et des surfaces d'échange thermique solides. La deuxième option, "Schéma B", prévoyait l'utilisation d'un réacteur avec une zone active en phase gazeuse - la substance fissile devait être à l'état de plasma et l'énergie thermique était transférée au fluide de travail par rayonnement. Les experts ont comparé les deux régimes et ont estimé que l'option « A » était plus efficace. À l'avenir, c'est lui qui a été le plus activement travaillé et a même atteint des tests à part entière.
Parallèlement à la recherche des conceptions optimales du NRE, les questions de création d'une base scientifique, de production et d'expérimentation étaient en cours d'élaboration. Ainsi, en 1957, V. M. Ievlev a proposé un nouveau concept pour les tests et les réglages. Tous les principaux éléments structurels ont dû être testés sur différents stands, et ce n'est qu'après cela qu'ils ont pu être assemblés en une seule structure. Dans le cas du "Schéma A", cette approche impliquait la création de réacteurs à grande échelle pour les essais.
En 1958, une résolution détaillée du Conseil des ministres est apparue, qui a déterminé le cours des travaux ultérieurs. M. V. Keldysh, I. V. Kurchatov et S. P. Korolev. Au NII-1, un département spécial a été formé, dirigé par V. M. Ievlev, qui devait faire face à une nouvelle direction. De plus, plusieurs dizaines d'organisations scientifiques et de conception ont été impliquées dans les travaux. La participation du ministère de la Défense était prévue. Le calendrier de travail et d'autres nuances du vaste programme ont été déterminés.
Par la suite, tous les participants au projet ont activement interagi d'une manière ou d'une autre. En outre, dans les années 60, des conférences ont été organisées à deux reprises, consacrées exclusivement au thème des armes nucléaires et des questions connexes.
Base d'essai
Dans le cadre du programme de développement NRE, il a été proposé d'appliquer une nouvelle approche pour tester et tester les unités nécessaires. Dans le même temps, les spécialistes étaient confrontés à un grave problème. La vérification de certains produits était censée être effectuée dans un réacteur nucléaire, mais la réalisation de telles activités était extrêmement difficile, voire impossible. Les tests pourraient être entravés par des difficultés économiques, organisationnelles ou environnementales.
Schéma d'assemblage combustible pour IR-100
À cet égard, de nouvelles méthodes de test des produits ont été développées sans l'utilisation de réacteurs nucléaires. Ces contrôles ont été divisés en trois étapes. La première concernait l'étude des processus dans le réacteur sur des modèles. Ensuite, les composants du réacteur ou du moteur devaient passer des tests mécaniques et hydrauliques "à froid". Ce n'est qu'alors que les assemblages ont dû être contrôlés dans des conditions de température élevée. Séparément, après avoir élaboré tous les composants du NRE sur les stands, il a été possible de commencer à assembler un réacteur ou un moteur expérimental à part entière.
Pour effectuer des tests d'unités en trois étapes, plusieurs entreprises ont développé et construit divers stands. La technique d'essai à haute température est particulièrement intéressante. Au cours de son développement, il a été nécessaire de créer de nouvelles technologies pour le chauffage des gaz. De 1959 à 1972, NII-1 a développé un certain nombre de plasmatrons de haute puissance qui chauffaient les gaz jusqu'à 3000°K et permettaient de réaliser des tests à haute température.
Surtout pour le développement du "Schéma B", il était nécessaire de développer des dispositifs encore plus complexes. Pour de telles tâches, il fallait un plasmatron avec une pression de sortie de centaines d'atmosphères et une température de 10 à 15 000 K. À la fin des années soixante, la technologie de chauffage au gaz basée sur son interaction avec des faisceaux d'électrons est apparue, ce qui l'a rendue possible d'obtenir les caractéristiques requises.
La résolution du Conseil des ministres prévoyait la construction d'une nouvelle installation sur le site d'essai de Semipalatinsk. Là, il a été nécessaire de construire un banc d'essai et un réacteur expérimental pour d'autres essais d'assemblages combustibles et d'autres composants du NRE. Toutes les structures principales ont été construites en 1961, et en même temps le premier démarrage du réacteur a eu lieu. Ensuite, l'équipement du polygone a été affiné et amélioré à plusieurs reprises. Plusieurs bunkers souterrains dotés des protections nécessaires étaient destinés à accueillir le réacteur et le personnel.
En fait, le projet d'un moteur de fusée nucléaire prometteur était l'une des entreprises les plus audacieuses de son époque, et a donc conduit au développement et à la construction d'une masse de dispositifs et d'instruments de test uniques. Tous ces stands ont permis de réaliser de nombreuses expérimentations et de collecter une grande quantité de données de natures diverses, propices au développement de divers projets.
Schéma A
De retour à la fin des années cinquante, la version la plus réussie et la plus prometteuse du moteur de type "A". Ce concept proposait la construction d'un réacteur nucléaire basé sur un réacteur avec des échangeurs de chaleur chargés de chauffer le fluide de travail gazeux. L'éjection de ce dernier par la tuyère était censée créer la poussée requise. Malgré la simplicité du concept, la mise en œuvre de telles idées a été associée à un certain nombre de difficultés.
Modèle FA pour réacteur IR-100
Tout d'abord, le problème du choix des matériaux pour la construction du noyau s'est posé. La conception du réacteur devait résister à des charges thermiques élevées et maintenir la résistance requise. De plus, il devait laisser passer les neutrons thermiques, mais en même temps ne pas perdre de caractéristiques dues aux rayonnements ionisants. Une génération de chaleur inégale dans le noyau était également attendue, ce qui imposait de nouvelles exigences à sa conception.
Pour rechercher des solutions et affiner la conception, un atelier spécial a été organisé au NII-1, qui devait fabriquer des assemblages combustibles modèles et d'autres composants du cœur. A ce stade des travaux, divers métaux et alliages, ainsi que d'autres matériaux, ont été testés. Pour la fabrication d'assemblages combustibles, on pourrait utiliser du tungstène, du molybdène, du graphite, des carbures à haute température, etc. Aussi, une recherche a été effectuée pour des revêtements protecteurs pour empêcher la destruction de la structure.
Au cours des expériences, les matériaux optimaux pour la fabrication de composants individuels du NRE ont été trouvés. De plus, il a été possible de confirmer la possibilité fondamentale d'obtenir une impulsion spécifique de l'ordre de 850-900 s. Cela a donné au moteur prometteur les performances les plus élevées et un avantage significatif par rapport aux systèmes de carburant chimiques.
Le coeur du réacteur était un cylindre d'environ 1 m de long et 50 mm de diamètre. Parallèlement, il était envisagé de créer 26 variantes d'assemblages combustibles présentant certaines caractéristiques. Sur la base des résultats des tests ultérieurs, les plus réussis et les plus efficaces ont été sélectionnés. La conception trouvée des assemblages combustibles prévoyait l'utilisation de deux compositions combustibles. Le premier était un mélange d'uranium 235 (90 %) avec du niobium ou du carbure de zirconium. Ce mélange a été moulé sous la forme d'une tige torsadée à quatre poutres de 100 mm de long et de 2,2 mm de diamètre. La seconde composition était constituée d'uranium et de graphite; il était fabriqué sous la forme de prismes hexagonaux de 100 à 200 mm de long avec un canal intérieur de 1 mm qui avait un revêtement. Les tiges et les prismes ont été placés dans un boîtier métallique scellé résistant à la chaleur.
Les tests d'assemblages et d'éléments sur le site d'essai de Semipalatinsk ont commencé en 1962. En deux ans de travaux, 41 démarrages de réacteurs ont eu lieu. Tout d'abord, nous avons réussi à trouver la version la plus efficace du contenu principal. Toutes les solutions et caractéristiques principales ont également été confirmées. En particulier, toutes les unités du réacteur ont fait face à des charges thermiques et radiatives. Ainsi, il a été constaté que le réacteur développé est capable de résoudre sa tâche principale - chauffer l'hydrogène gazeux à 3000-3100 ° K à un débit donné. Tout cela a permis de commencer à développer un moteur de fusée nucléaire à part entière.
11B91 à "Baïkal"
Au début des années soixante, les travaux ont commencé sur la création d'un NRE à part entière basé sur les produits et développements existants. Tout d'abord, NII-1 a étudié la possibilité de créer toute une famille de moteurs de fusée avec différents paramètres, adaptés à une utilisation dans divers projets de fusée. De cette famille, ils ont été les premiers à concevoir et construire un moteur à faible poussée - 36 kN. Un tel produit pourrait ensuite être utilisé dans un étage supérieur prometteur, adapté à l'envoi d'engins spatiaux vers d'autres corps célestes.
Réacteur IRGIT pendant l'assemblage
En 1966, le NII-1 et le Chemical Automatics Design Bureau ont commencé à travailler ensemble pour façonner et concevoir le futur moteur de fusée nucléaire. Bientôt, le moteur a reçu les indices 11B91 et RD0410. Son élément principal était un réacteur nommé IR-100. Plus tard, le réacteur a été nommé IRGIT ("Réacteur de recherche pour les études de groupe de TVEL"). Initialement, il était prévu de créer deux projecteurs nucléaires différents. Le premier était un produit expérimental à tester sur le site d'essai, et le second était un modèle de vol. Cependant, en 1970, les deux projets ont été combinés en vue d'effectuer des essais sur le terrain. Après cela, KBHA est devenu le principal développeur du nouveau système.
En utilisant les développements des recherches préliminaires dans le domaine de la propulsion nucléaire, ainsi qu'en utilisant la base d'essais existante, il a été possible de déterminer rapidement l'apparence du futur 11B91 et d'entamer une conception technique à part entière.
Parallèlement, le complexe de bancs « Baïkal » a été créé pour les futurs tests sur le site d'essai. Le nouveau moteur a été proposé pour être testé dans une installation souterraine avec une gamme complète de protection. Des moyens de collecte et de décantation du fluide de travail gazeux ont été prévus. Afin d'éviter l'émission de rayonnement, le gaz devait être conservé dans des gazomètres, et seulement après cela, il pouvait être libéré dans l'atmosphère. En raison de la complexité particulière des travaux, le complexe du Baïkal est en construction depuis environ 15 ans. Le dernier de ses objets a été achevé après le début des tests sur le premier.
En 1977, au complexe du Baïkal, un deuxième poste de travail pour les installations expérimentales a été mis en service, équipé d'un moyen de fournir un fluide de travail sous forme d'hydrogène. Le 17 septembre, le lancement physique du produit 11B91 a été effectué. La mise en route a eu lieu le 27 mars 1978. Les 3 juillet et 11 août, deux essais d'incendie ont été effectués avec le plein fonctionnement du produit en tant que réacteur nucléaire. Lors de ces essais, le réacteur a été progressivement porté à une capacité de 24, 33 et 42 MW. L'hydrogène a été chauffé à 2630°K. Au début des années 80, deux autres prototypes ont été testés. Ils ont montré une puissance allant jusqu'à 62-63 MW et du gaz chauffé jusqu'à 2500°K.
Projet RD0410
Au tournant des années 70 et 80, il s'agissait de créer un NRM à part entière, parfaitement adapté à une installation sur des missiles ou des étages supérieurs. L'apparence finale d'un tel produit a été formée et les tests sur le site d'essai de Semipalatinsk ont confirmé toutes les principales caractéristiques de conception.
Le moteur RD0410 fini était sensiblement différent des produits existants. Il se distinguait par la composition des unités, la disposition et même l'apparence, en raison d'autres principes de fonctionnement. En fait, le RD0410 était divisé en plusieurs blocs principaux: un réacteur, des moyens d'alimentation en fluide de travail et un échangeur de chaleur et une tuyère. Le réacteur compact occupait une position centrale et le reste des appareils était placé à côté. De plus, le YARD avait besoin d'un réservoir séparé pour l'hydrogène liquide.
La hauteur totale du produit RD0410 / 11B91 atteignait 3,5 m, le diamètre maximum était de 1,6 m. Le poids, compte tenu de la radioprotection, était de 2 tonnes. La poussée calculée du moteur dans le vide atteignait 35,2 kN ou 3,59 tf. L'impulsion spécifique dans le vide est de 910 kgf•s/kg ou 8927 m/s. Le moteur pouvait être allumé 10 fois. Ressource - 1 heure Au moyen de certaines modifications à l'avenir, il a été possible d'augmenter les caractéristiques au niveau requis.
On sait que le fluide moteur chauffé d'un tel réacteur nucléaire avait une radioactivité limitée. Néanmoins, après les tests, il a été défendu et la zone où se trouvait le stand a dû être fermée pendant une journée. L'utilisation d'un tel moteur dans l'atmosphère terrestre était considérée comme dangereuse. Dans le même temps, il pourrait être utilisé dans le cadre des étages supérieurs qui commencent à travailler en dehors de l'atmosphère. Après utilisation, ces blocs doivent être envoyés sur l'orbite d'élimination.
De retour dans les années soixante, l'idée de créer une centrale électrique basée sur un réacteur nucléaire est apparue. Le fluide de travail chauffé pourrait être acheminé vers une turbine reliée à un générateur. De telles centrales étaient intéressantes pour le développement ultérieur de l'astronautique, car elles permettaient de se débarrasser des problèmes et des restrictions existants dans le domaine de la production d'électricité pour les équipements embarqués.
Dans les années 80, l'idée d'une centrale électrique atteint le stade de la conception. Un projet d'un tel produit basé sur le moteur RD0410 était en cours d'élaboration. L'un des réacteurs expérimentaux IR-100 / IRGIT a participé à des expériences sur ce sujet, au cours desquelles il a assuré le fonctionnement d'un générateur de 200 kW.
Nouvel environnement
Les principaux travaux théoriques et pratiques sur le sujet du NRE soviétique à noyau en phase solide ont été achevés au milieu des années quatre-vingt. L'industrie pourrait commencer à développer un bloc d'appoint ou une autre technologie de fusée et d'espace pour le moteur RD0410 existant. Cependant, de tels travaux n'ont jamais été commencés à temps et leur démarrage est rapidement devenu impossible.
À cette époque, l'industrie spatiale ne disposait pas de suffisamment de ressources pour la mise en œuvre en temps voulu de tous les plans et idées. De plus, la tristement célèbre Perestroïka a rapidement commencé, ce qui a mis fin à la masse de propositions et de développements. La réputation de la technologie nucléaire a été gravement affectée par l'accident de Tchernobyl. Enfin, il y a eu des problèmes politiques pendant cette période. En 1988, tous les travaux sur le YARD 11B91 / RD0410 sont arrêtés.
Selon diverses sources, au moins jusqu'au début des années 2000, certains objets du complexe du Baïkal restaient encore sur le site d'essai de Semipalatinsk. En outre, sur l'un des soi-disant. le réacteur expérimental était toujours situé sur le lieu de travail. KBKhA a réussi à fabriquer un moteur RD0410 à part entière, adapté à une installation sur un futur étage supérieur. Cependant, la technique pour l'utiliser est restée dans les plans.
Après RD0410
Les développements au sujet des moteurs de fusée nucléaires ont trouvé une application dans un nouveau projet. En 1992, un certain nombre d'entreprises russes ont développé conjointement un moteur bimode avec un noyau en phase solide et un fluide de travail sous forme d'hydrogène. En mode moteur-fusée, un tel produit devrait développer une poussée de 70 kN avec une impulsion spécifique de 920 s, et le mode puissance fournit 25 kW de puissance électrique. Un tel NRE a été proposé pour être utilisé dans des projets d'engins spatiaux interplanétaires.
Malheureusement, à l'époque, la situation n'était pas propice à la création de nouvelles technologies audacieuses pour les fusées et l'espace, et la deuxième version du moteur de fusée nucléaire est donc restée sur papier. Autant que l'on sache, les entreprises nationales montrent encore un certain intérêt pour le sujet des NRE, mais la mise en œuvre de tels projets ne semble pas encore possible ou opportune. Néanmoins, il convient de noter que dans le cadre de projets précédents, les scientifiques et ingénieurs soviétiques et russes ont pu accumuler une quantité importante d'informations et acquérir une expérience importante. Cela signifie que lorsqu'un besoin se fait sentir et qu'une commande correspondante survient dans notre pays, un nouveau NRE peut être créé similaire à celui testé dans le passé.
