Краткий иcтoричеcкий oчерк разрабoтки ярд в СССР и в США
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.
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.
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
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:
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 |
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 |
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
| № 314 | 8 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.
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: 17761
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 ГКАТ | А. 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
Другие статьи по теме
смета
66600.00 руб.
смета
