Химическое топливо, которое использовали космические челноки для передвижения в космосе, представляло собой приемлемое решение на начальном этапе. Однако для достижения значительного прогресса требовался источник энергии с существенно более высокой эффективностью.
Осознание этой необходимости возникло у обеих сторон, что привело к рассмотрению перспективной, хотя и сопряженной с определенными рисками альтернативы. Советские исследователи еще в 1960-х годах пришли к пониманию того, что химическое топливо, обеспечивающее хороший импульс для старта, является скорее спринтером, не способным поддерживать высокие показатели на протяженных космических перелетах.
В то время в Советском Союзе наблюдался пик интереса к космосу. Люди тех лет хорошо помнят сувениры – статуэтки и будильники – выполненные в форме взмывающей в небо ракеты. Не менее популярными были новогодние украшения, изображающие космонавтов в скафандрах или ракетные модули.
Космонавты приобрели огромную популярность, сравнимую с известными артистами или героями страны. Ученые также не оставались в тени, открыто заявляя о планах полетов к Марсу и Венере. Для реализации этих амбициозных задач требовалось найти, разработать и практически испытать принципиально новый источник энергии.
В тот период в советских закрытых исследовательских центрах возник замысел – разработать ядерную ракету, использующую двигатель, способный нагревать рабочую среду до температур, характерных для космического пространства. Многолетние усилия объединенных коллективов ведущих научных учреждений страны привели к созданию РД0410 (внутренний индекс 11Б91).
Это была первая и единственная в Советском Союзе попытка разработки настоящего ЯРД – ядерного реактивного двигателя. В определенных аспектах он предвосхитил свое время, однако некоторые его характеристики оказались нереалистичными. Но чтобы понять суть этого проекта, демонстрирующего потенциал советской науки, необходимо рассмотреть детали на страницах ресурса autotry.ru.
От смелой идеи к семипалатинским стендам
Фактически, начало реализации данного проекта относится к 1947 году, когда такие выдающиеся ученые, как академик Курчатов и конструктор Королев, одобрили предложение В. М. Иевлева. Был сделан первоначальный шаг, и механизм принятия решений в советском государственном аппарате был запущен. Вскоре последовало постановление правительства с четко сформулированной целью: разработать ядерный двигатель для межконтинентальных баллистических ракет и исследования дальнего космоса.
Функцию основного драйвера проекта возложили на воронежское Конструкторское бюро химавтоматики (КБХА), в то время возглавляемое опытным профессионалом А. Д. Конопатовым. Однако физическое расположение бюро находилось в густонаселенной европейской части России, что представляло собой неблагоприятный фактор для проведения рискованных испытаний с ядерными технологиями.
Решение было принято радикальное, поскольку разработка ЯРД осуществлялась под личным контролем высшего руководства. Вскоре в районе Семипалатинска был построен уникальный стартовый и испытательный комплекс «Байкал». Благодаря расположению в малонаселенной местности, здесь можно было проводить любые исследования: вероятность жертв при аварии была бы минимальной, а инцидент можно было скрыть, избежав нежелательной публичности.
Технический гений и физические параметры
Разработанный по итогам длительных исследований РД0410 отличался от традиционных ракетных двигателей принципиально иным подходом. Если в последних энергия высвобождается при горении топлива, то в данном двигателе жидкий водород пропускается через нагретую активную зону компактного ядерного реактора.
Благодаря минимальной молекулярной массе и нагреву до предельных температур был создан эффект выброса газа с колоссальной скоростью, что обеспечило выдающийся удельный импульс. Ниже приведены некоторые характеристики опытного РД0410:
• Общий вес установки, включая систему радиационной защиты, составляет 2000 килограммов;
• высота двигателя – 3,5 м (по некоторым источникам до 3,7 м);
• диаметр конструкции – 1,6 м (по отдельным спецификациям 1,2 м);
• Размеры самого реактора: высота – 800 миллиметров, диаметр – 550 миллиметров;
• число расчетных повторных включений – 10;
• гарантированный ресурс работы – 1 час
Специалистам удалось получить тягу в вакууме, равную 3,59 тоннам силы или 35,28 килоньютонов, при проектной тепловой мощности реактора, составляющей 196 мегаватт. В ходе проверок была достигнута мощность в 63 мегаватта при температуре газа до 3100 кельвинов. В качестве рабочего вещества использовался гептан.
Использование гетерогенного реактора на тепловых нейтронах и внедрение передовых тепловыделяющих сборок обеспечили высокую степень обогащения по изотопу урана-235, приблизительно 90%. После этого последовала серия из 250 испытаний, проведенных на 30 двигателях в режиме без нагрузки. Общий суммарный период работы составил 170 тысяч секунд. Хронология событий выглядела следующим образом:
• 1972 – первый пуск реактора ИВГ на «Байкале»;
• В 1978 году был осуществлен первый запуск установки – водород нагрелся до отметки в 1500 градусов Цельсия.
• 1980-е – выход на мощность 63 МВт при до 3100 K
Специалисты из Воронежа впервые реализовали турбонасосную систему с трехступенчатым водородным насосом и гибким ротором, установленным на эластичных опорах. Показателем высокой надежности стало то, что один из насосов проработал более 13 300 секунд, в то время как нормативный срок составлял всего 3600 секунд.
В чем причина того, что этот масштабный ядерный проект не был реализован?
Несмотря на впечатляющие показатели, к 1988 году работы над проектом РД0410 были остановлены. Причиной стало не только финансовое положение, но и опасения, связанные с возможными экологическими и техническими последствиями.
Трагедия на Чернобыльской АЭС стала для многих очевидным свидетельством того, какие серьезные последствия может иметь выход из-под контроля «мирного» атома. Опасность заключалась не только в радиоактивном загрязнении окружающей среды, но и в возможном выбросе ядерной пыли при обычном отделении отработавших ступеней ракеты. Кроме того, значительный вес радиационной защиты мог нивелировать все преимущества высокопроизводительного двигателя.
Не стоит рассматривать это как попытку оправдать прекращение финансирования проекта. Подобная ситуация сложилась и в Соединенных Штатах, где аналогичная разработка была остановлена в 70-х годах из-за существенных экологических рисков, связанных с возможной аварией.
NERVA. В 70-е годы американская сторона приняла решение о приостановке реализации данного проекта вследствие значительных потенциальных угроз для окружающей среды в случае аварийной ситуации.
Великое наследие и взгляд в будущее
Специалисты из разных стран мира пришли к общему заключению: применение ядерной тяги оправдано только в дальнем космосе, чтобы исключить попадание радиоактивных веществ на Землю. Однако работа сотен экспертов по обе стороны Атлантики не оказалась бесплодной.
Разработки, выполненные в рамках РД0410, впоследствии послужили фундаментом для создания выдающегося советского кислородно-водородного двигателя РД0120, предназначенного для сверхтяжелой ракеты «Энергия». Конструкторские находки, созданные в Воронеже и Семипалатинске, справедливо стали предметом национальной гордости и ценнейшим наследием отечественной науки. В этих регионах верили в значимость своей работы и внесли существенный вклад в развитие космонавтики.
Справка
РД-0410 — это первый и единственный советский ядерный ракетный двигатель.