РАЗРАБОТКА ЯДЕРНЫХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И КОСМИЧЕСКИХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК В НПО ЭНЕРГОМАШ ИМ. АКАДЕМИКА В. П. ГЛУШКО

© Г.Л.Лиознов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "История ракетно-космической науки и техники"
2008 г.

В. П. Глушко уделял исключительное внимание путям увеличения удельного импульса ракетных двигателей как главного рычага повышения их эффективности в решении перспективных задач ракетно-космической техники. Он не остановился на поиске наиболее эффективных химических топлив для ЖРД. По его инициативе в 1956 г. в НПО Энергомаш (тогда ОКБ 456) были начаты систематические расчетно-конструкторские разработки и началось формирование соответствующих специализированных подразделений по ядерным ракетным двигателям.

До 1963 г. рассматривались ЯРД с твердофазным реактором. Наиболее существенными результатами этого периода были:

1) эскизный проект ЯРД РД-404 для второй ступени сверхтяжелой космической ракеты, тягой 200 т, с водородом в качестве рабочего тела; удельный импульс двигателя составлял 950 сек.;

2) эскизная разработка ЯРД РД-405 тягой 30—40 т; реактор имел оптимальные для этой размерности замедлитель из гидрида циркония и бериллиевый отражатель;

3) экспериментальные работы по нейтронной физике реакторов, конструкции и технологии изготовления твэлов и ТВС (в кооперации со специализированными организациями).

В начале 1963 г. Глушко принял решение переключиться на разработки ЯРД и ЯЭУ на основе газофазного ЯРД, где ядерное горючее находится не в твердофазной матрице, а в плазменном состоянии, благодаря чему удельный импульс тяги ЯРД может быть увеличен до 2000 сек. и более, при тягах в десятки тонн и выше, а ЯЭУ с МГД — преобразованием тепловой энергии рабочего тела в электрическую могут иметь весьма низкие удельные массовые характеристики при очень больших мощностях (сотни — тысячи МВт).

Научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по ЯРД и ЯЭУ схемы в НПО Энергомаш под научным руководством и при непосредственном участии НИИТП (ИЦ им. М. В. Келдыша), при поддержке мощной кооперации продолжались до конца 1980-х гг. прошедшего столетия.

Основными результатами разработок были:

1. По направлению проектно-конструкторских исследований натурных объектов:

1968 г. — эскизный проект ЯРД РД-600 тягой 600 т, с газовыми твэлами струйной схемы с магнитной стабилизацией течения;

1970 г. — эскизный проект космической энергоустановки ЭУ-610 для орбитального комплекса, в основе которой была усовершенствованная схема однополостного газофазного реактора с застойной зоной ядерного горючего в газовом твэле; электрическая мощность энергоустановки — 3,3 млн кВт. Высокие параметры плазмы водорода позволили использовать ее с высоким КПД (около 40 %) для получения электроэнергии в МГД-генераторе на выходном тракте энергоустановки; от этого же генератора осуществлялось электропитание униполярных электродвигателей для привода насосов. Предварительные проектные разработки показали также возможность создания на базе однотвэльного газофазного реактора ЭУ-610 космического ЯРД тягой 60—70 т с удельным импульсом тяги 2000 сек. при удельной массе 1000—1200 кг/т;

1976 г. — проектная разработка космической энергоустановки средней мощности (ЯЭУсм) электрической мощностью 150 МВт общей массой 100 т (без радиационной защиты космического аппарата) замкнутой схемы.

Такая энергоустановка может иметь различные применения. В частности, она может обеспечить работу электроракетного двигателя тягой до 300 кг с удельным импульсом тяги порядка 5000 сек.;

1986 г. — проектная разработка космической энергоустановки БЭУ-620 электрической мощностью 175 МВт открытой схемы,

1991 г. — концептуальная проектная разработка космической двигательно-энергетической установки (ЯДЭУ) для обеспечения пилотируемой экспедиции к Марсу.

2. По направлению проектных разработок стендовых прототипов для испытаний на существующей базе:

1965—1983 гг. — эскизный, технический проекты малоразмерного экспериментального газового твэла струйной схемы (установка «Экспериментальная ампула») для петлевых испытаний в существующем испытательном реакторе ИГР; полный комплект технической документации на экспериментальную ампулу.

1979 г. — техническое предложение экспериментальной ампулы для испытаний в реакторе ИГР малоразмерной модели газового твэла застойного типа,

1982 г. — эскизный проект блока магнитной стабилизации.

1980 г. — расчетные и конструкторские обоснования и развернутая программа разработки и испытаний на реакторе ИГР ряда модификаций экспериментальных ампул типового исполнения, позволяющая в установках минимальной размерности экспериментально проверить различные варианты организации рабочих процессов и конструктивного исполнения важнейших элементов и систем газового твэла.

3. По направлению проектных разработок стендовых прототипов для испытаний на вновь создаваемой базе:

1965—1977 гг. — предэскизная, эскизная разработка полноразмерных экспериментальных газовых твэлов струйной, затем застойной схемы («Экспериментальный стендовый двигатель» — ЭСОД-1, «Вулкан-1» с выделением в качестве первоочередного объекта испытаний только установки ЭСОД-2-1М) для петлевых испытаний в специально создаваемом испытательном реакторе (НИКИЭТ МСМ разработан эскизный проект ИГ-2, «Нефрит»);

1971—1978 гг. — аванпроект, затем техническое предложение (совместно с НИИТП и ИАЭ) установки «Лампа» — экспериментального однополостного газофазного реактора с полномасштабным газовым твэлом застойного типа минимальной мощности (НИКИЭТ МСМ — технический проект внешней зоны реактора «Лампа».

4. По направлению экспериментальных работ и опытно-конструкторской разработки первоочередной реакторной экспериментальной установки «Ампула».

В период 1968—1973 гг. был выполнен обширный объем производственных и экспериментальных работ, в результате которых

– были получены данные по основным принципам конструирования и технологии многих узлов, агрегатов и систем натурных и экспериментальных объектов,

– был разработан и внедрен в практику ряд новых конструкционных материалов: тугоплавкие сплавы на основе тантала, ниобия, молибдена, вольфрама; пористые материалы на основе вольфрама, молибдена, нихрома; гиперпроводящий сверхчистый алюминий; керамика из окиси европия и самария; высокоэффективные теплозащитные аблирующие материалы; высокопрочный радиационно-стойкий стеклопластик; покрытия, стойкие в расплавленном уране; твердые высокотемпературные смазки для предотвращения диффузионного сращивания контактных пар агрегатов автоматики.

К концу 1989 г. был изготовлен, отработан и отправлен на полигон в Объединенную Экспедицию НПО «Луч» МСМ, ответственную за организацию и проведение испытаний, комплект специального оборудования и оснастки; было изготовлено и подготовлено к испытаниям 2 комплекта экспериментальных установок «Ампула» Однако с 1990 г. государственное финансирование работ по тематике ЯРД было прекращено окончательно и реакторные испытания установок «Ампула» провести не удалось.