Проект Ровер - Project Rover

киви

Kiwi A Prime на испытательном стенде
Страна происхождения	Соединенные Штаты
Дизайнер	Лос-Аламосская научная лаборатория
Производитель	Лос-Аламосская научная лаборатория
Заявление	Исследования и разработки
Преемник	NERVA
Положение дел	На пенсии
Жидкостный двигатель
Пропеллент	Жидкий водород
Спектакль
Тяга (вакуум)	245000  Н (55000  фунтов )
Давление в камере	3450 килопаскалей (500  фунтов на кв. Дюйм )
Я sp (Vac.)	834 секунды (8,18 км / с)
Время горения	480 секунд
Перезапускается	1
Размеры
Длина	140 см (54 дюйма) (сердцевина)
Диаметр	80 см (32 дюйма) (сердцевина)
Ядерный реактор
Оперативный	1959 по 1964 год
Положение дел	Списан
Основные параметры активной зоны реактора
Топливо ( делящийся материал )	Высокообогащенный уран
Состояние топлива	Твердый
Энергетический спектр нейтронов	Термический
Первичный метод контроля	Контрольные барабаны
Главный модератор	Ядерный графит
Теплоноситель первого контура	Жидкий водород
Использование реактора
Мощность (тепловая)	937 МВт
Рекомендации
Рекомендации
Примечания	Данные для версии Kiwi B4E.

Проект Rover был проектом Соединенных Штатов по разработке ядерно-тепловой ракеты, которая работала с 1955 по 1973 год в Лос-Аламосской научной лаборатории (LASL). Он начался как проект ВВС США по разработке верхней ступени с ядерной установкой для межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Проект был передан НАСА в 1958 году после того, как кризис со спутником вызвал космическую гонку . Он находился в ведении Управления космической ядерной двигательной установки (SNPO), совместного агентства Комиссии по атомной энергии (AEC) и НАСА . Project Rover стал частью проекта NASA Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application ( NERVA ) и отныне занимался исследованиями в области конструкции ядерных ракетных реакторов, в то время как NERVA занималась общей разработкой и развертыванием ядерных ракетных двигателей и планированием космических миссий.

Ядерные реакторы для Project Rover были построены в Технической зоне 18 LASL (TA-18), также известной как участок каньона Пахарито. Там они были испытаны на очень малой мощности, а затем отправлены в Зону 25 (известную как Плоскости Чудаков) на испытательный полигон AEC в Неваде . Испытания тепловыделяющих элементов и других материаловедческих исследований были выполнены N-Division LASL на TA-46 с использованием различных печей, а затем и специального испытательного реактора Nuclear Furnace. В результате проекта Rover было разработано три типа реакторов: Kiwi (с 1955 по 1964 год), Phoebus (с 1964 по 1969 год) и Pewee (с 1969 по 1972 год). Kiwi и Phoebus были большими реакторами, в то время как Pewee был намного меньше, что соответствовало меньшему бюджету, доступному после 1968 года.

Реакторы работали на высокообогащенном уране , а жидкий водород использовался как в качестве топлива для ракет, так и в качестве теплоносителя. Ядерный графит и бериллий были использованы в качестве замедлителей нейтронов и отражателя нейтронов . Двигатели управлялись барабанами с графитом или бериллием с одной стороны и бором ( ядерным ядом ) с другой, а уровень энергии регулировался вращением барабанов. Поскольку водород также действует как замедлитель, увеличение потока топлива также увеличивает мощность реактора без необходимости регулировки барабанов. Испытания проекта Rover продемонстрировали, что ядерные ракетные двигатели можно без труда останавливать и запускать много раз, а при желании большей тяги их можно объединять в группы. Их удельный импульс (эффективность) примерно вдвое больше, чем у химических ракет.

Ядерная ракета пользовалась сильной политической поддержкой со стороны влиятельного председателя Объединенного комитета Конгресса США по атомной энергии , сенатора Клинтона П. Андерсона из Нью-Мексико (где располагалась LASL) и его союзников, сенаторов Ховарда Кэннона от Невады и Маргарет Чейз Смит. из штата Мэн . Это позволило ему пережить несколько попыток отмены, которые стали еще более серьезными из-за сокращения затрат, которое преобладало по мере обострения войны во Вьетнаме и после того, как космическая гонка закончилась посадкой Аполлона-11 на Луну. Проекты Rover и NERVA были отменены из-за их возражений в январе 1973 года, и ни один из реакторов так и не полетел.

Начало

Ранние концепции

Во время Второй мировой войны , некоторые ученые в Manhattan Project «s Лос - Аламосской лаборатории , в том числе Стэна Улама , Райнес и Фредерик де Гофмана , размышляли о развитии атомных ракет, а в 1947 году, Улама и Корнелиус Джозеф„CJ“Эверетт написали статью, в которой рассматривали использование атомных бомб в качестве ракетного двигателя. Это стало основой для проекта Орион . В декабре 1945 года Теодор фон Карман и Сюэ-Шен Цзянь написали отчет для Военно-воздушных сил США . Хотя они согласились с тем, что это еще не практично, Цзянь предположил, что ракеты с ядерными двигателями могут однажды стать достаточно мощными, чтобы запускать спутники на орбиту.

В 1947 году Лаборатория аэрофизики Североамериканской авиации опубликовала большой доклад, в котором рассматривались многие проблемы, связанные с использованием ядерных реакторов для питания самолетов и ракет. Исследование было специально нацелено на самолет с дальностью полета 16 000 км (10 000 миль) и полезной нагрузкой 3 600 кг (8 000 фунтов), и касалось турбонасосов , конструкции, цистерны, аэродинамики и конструкции ядерного реактора . Они пришли к выводу, что водород является лучшим топливом, а графит - лучшим замедлителем нейтронов , но предположили, что рабочая температура составляет 3150 ° C (5700 ° F), что было за пределами возможностей доступных материалов. Был сделан вывод, что ядерные ракеты еще не применялись.

Публичное разоблачение атомной энергии в конце войны породило множество спекуляций, и в Соединенном Королевстве Вал Кливер , главный инженер ракетного подразделения Де Хэвилленда , и Лесли Шепард , физик-ядерщик из Университета Кембридж независимо рассмотрел проблему ядерной ракетной тяги. Они стали сотрудниками, и в серии статей, опубликованных в Журнале Британского межпланетного общества в 1948 и 1949 годах, они описали конструкцию ракеты с ядерным двигателем и твердотельным графитовым теплообменником . Они неохотно пришли к выводу, что ядерные ракеты необходимы для исследования дальнего космоса, но пока что технически это невозможно.

Отчет Бюссара

В 1953 году Роберт В. Бюссар , физик, работавший над проектом « Ядерная энергия для движения самолетов» (NEPA) в Окриджской национальной лаборатории , написал подробное исследование. Он читал работы Кливера и Шепарда, работы Цзяня и отчет инженеров Consolidated Vultee за февраль 1952 года . Он использовал данные и анализы существующих химических ракет, а также спецификации для существующих компонентов. Его расчеты основывались на современном состоянии ядерных реакторов. Наиболее важно то, что в статье рассмотрены несколько диапазонов и размеров полезной нагрузки; Пессимистические выводы Consolidated отчасти были результатом рассмотрения лишь узкого круга возможностей.

В результате, « Ядерная энергия для ракетного движения» , заявлено, что использование ядерной тяги в ракетах не ограничивается соображениями энергии сгорания, и, следовательно, можно использовать низкомолекулярные пропелленты, такие как чистый водород . В то время как обычный двигатель мог производить скорость выхлопа 2500 метров в секунду (8300 футов / с), ядерный двигатель на водородном топливе мог достигать скорости выхлопа 6900 метров в секунду (22700 футов / с) при тех же условиях. Он предложил реактор с графитовым замедлителем из-за способности графита выдерживать высокие температуры и пришел к выводу, что тепловыделяющие элементы потребуют защитной оболочки, чтобы противостоять коррозии, вызванной водородным топливом.

Поначалу исследование Бассарда оказало небольшое влияние, в основном потому, что было напечатано всего 29 копий, и оно было классифицировано как Данные с ограниченным доступом и поэтому могло быть прочитано только кем-то с необходимым уровнем допуска. В декабре 1953 года он был опубликован в журнале Oak Ridge's Journal of Reactor Science and Technology . Хотя все еще секретно, это дало ему более широкое распространение. Дарол Фроман , заместитель директора Лос-Аламосской научной лаборатории (LASL), и Герберт Йорк , директор радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Ливерморе , проявили интерес и учредили комитеты для исследования двигателей ядерных ракет. Фроман привозил Бюссара в Лос-Аламос, чтобы помогать в течение одной недели в месяц.

Одобрение

Исследование Роберта Бюссарда также привлекло внимание Джона фон Неймана , и он сформировал специальный комитет по ядерному движению ракет. Марк Миллс , помощник директора Ливермора, был его председателем, а другими его членами были Норрис Брэдбери из LASL; Эдвард Теллер и Герберт Йорк из Ливермора; Эйб Сильверстайн , заместитель директора Лаборатории летного движения Льюиса Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) ; и Аллен Ф. Донован из Рамо-Вулдриджа .

После получения комментариев по различным проектам комитет Миллса рекомендовал продолжить разработку с целью создания ядерной верхней ступени для межконтинентальной баллистической ракеты (МБР). Йорк создал новое подразделение в Ливерморе, а Брэдбери создал новое подразделение под названием N в Лос-Аламосе под руководством Ремера Шрайбера , чтобы продолжить работу. В марте 1956 года Проект специального оружия вооруженных сил (AFSWP) рекомендовал выделить 100 миллионов долларов (940 миллионов долларов в 2019 году) на проект ядерного ракетного двигателя в течение трех лет для двух лабораторий для проведения технико-экономических исследований и строительства испытательных стендов.

Эгер В. Мерфри и Герберт Лопер из Комиссии по атомной энергии (AEC) были более осторожными. Ракета Atlas программа проходит успешно, и в случае успеха будет иметь достаточный диапазон , чтобы поразить цели в большей части Советского Союза . В то же время ядерные боеголовки становились меньше, легче и мощнее. Аргументы в пользу новой технологии, обещающей более тяжелую полезную нагрузку на большие расстояния, казались слабыми. Однако ядерная ракета приобрела влиятельного политического покровителя в лице сенатора Клинтона П. Андерсона из Нью-Мексико (где располагалась LASL), заместителя председателя Объединенного комитета Конгресса США по атомной энергии (JCAE), который был близок к фон Нейману. , Брэдбери и Улам. Ему удалось получить финансирование.

Все работы над ядерной ракетой были сосредоточены в Лос-Аламосе, где ей дали кодовое название Project Rover; Ливермору было поручено разработать ядерный прямоточный воздушно-реактивный двигатель , получивший кодовое название Project Pluto . Проектом Rover руководил действующий офицер ВВС США, прикомандированный к AEC, подполковник Гарольд Р. Шмидт. Он подчинялся другому прикомандированному офицеру ВВС США полковнику Джеку Л. Армстронгу, который также отвечал за проекты «Плутон» и « Системы вспомогательной ядерной энергии» (SNAP).

Концепции дизайна

В принципе, конструкция ядерного теплового ракетного двигателя довольно проста: турбонасос пропускает водород через ядерный реактор, где он нагревается реактором до очень высоких температур, а затем выбрасывается через сопло ракеты для создания тяги. Сразу стали очевидны осложняющие факторы. Во-первых, необходимо было найти средства контроля температуры реактора и выходной мощности. Во-вторых, необходимо было разработать средства удержания метательного заряда. Единственный практический способ хранения водорода был в жидкой форме, а для этого требовалась температура ниже 20  К (-253,2 ° C). В-третьих, водород будет нагрет до температуры около 2500 К (2230 ° C), и потребуются материалы, которые могли бы выдерживать такие температуры и противостоять коррозии под действием водорода.

Схема в разрезе ракетного двигателя Kiwi

Теоретически жидкий водород был лучшим ракетным топливом, но в начале 1950-х годов он был дорогим и доступным только в небольших количествах. В 1952 году AEC и Национальное бюро стандартов открыли завод недалеко от Боулдера, штат Колорадо , по производству жидкого водорода для программы термоядерного оружия . Прежде чем остановиться на жидком водороде, LASL рассмотрела другие пропелленты, такие как метан ( CH
₄ ) и аммиак ( NH
₃ ). Аммиак, который использовался в испытаниях, проводимых с 1955 по 1957 год, был недорогим, легким в получении, жидким при 239 К (-34 ° C), его легко было перекачивать и использовать. Однако он был намного тяжелее жидкого водорода, что уменьшало импульс двигателя ; Было также обнаружено, что он был еще более агрессивным и имел нежелательные нейтронные свойства.

В качестве топлива рассматривали плутоний-239 , уран-235 и уран-233 . Плутоний был отвергнут, потому что, хотя он легко образует соединения, они не могут достигать таких высоких температур, как уран. Серьезно рассматривался уран-233, по сравнению с ураном-235 он немного легче, имеет большее количество нейтронов на один акт деления и большую вероятность деления. Таким образом, у него была перспектива экономии топлива, но его радиоактивные свойства затрудняют обращение с ним, и в любом случае оно не было легкодоступным. Поэтому был выбран высокообогащенный уран .

В качестве конструкционных материалов в реакторе выбор сводился к графиту или металлам. Среди металлов вольфрам оказался лидером, но он был дорогим, трудным в изготовлении и обладал нежелательными нейтронными свойствами. Чтобы обойти его нейтронные свойства, было предложено использовать вольфрам-184 , не поглощающий нейтроны. Был выбран графит, поскольку он дешев, становится прочнее при температурах до 3300 К (3030 ° C) и сублимируется, а не плавится при 3900 К (3630 ° C).

Для управления реактором активная зона была окружена управляющими барабанами, покрытыми графитом или бериллием (замедлитель нейтронов) с одной стороны и бором ( нейтронный яд ) с другой. Выходную мощность реактора можно было регулировать вращением барабанов. Для увеличения тяги достаточно увеличить расход пороха. Водород в чистом виде или в виде соединения, такого как аммиак, является эффективным замедлителем ядер, и увеличение потока также увеличивает скорость реакций в активной зоне. Эта повышенная скорость реакции компенсирует охлаждение, обеспечиваемое водородом. По мере того, как водород нагревается, он расширяется, поэтому в ядре остается меньше тепла для отвода тепла, и температура выравнивается. Эти противоположные эффекты стабилизируют реактивность, поэтому ядерный ракетный двигатель, естественно, очень стабилен, а тягу легко контролировать, изменяя поток водорода без изменения управляющих барабанов.

LASL разработала серию концепций дизайна, каждая со своим кодовым названием: Дядя Том, Дядя Тунг, Бладхаунд и Шиш. К 1955 году он остановился на конструкции мощностью 1500 мегаватт (МВт) под названием Old Black Joe. В 1956 году он стал основой проекта мощностью 2700 МВт, который должен был стать верхней ступенью межконтинентальной баллистической ракеты.

Передача в НАСА

Президент Джон Ф. Кеннеди (справа) посещает ракетно-ядерную станцию. Слева от президента - Гленн Сиборг , председатель Комиссии по атомной энергии США ; Сенатор Ховард Кэннон ; Гарольд Фингер , менеджер Управления космических ядерных двигателей ; и Элвин С. Грейвс , руководитель исследовательской деятельности в Лос-Аламосской научной лаборатории.

К 1957 году проект ракеты Атлас продвигался успешно, и с появлением более легких и меньших боеголовок необходимость в ядерной разгонной ступени почти исчезла. 2 октября 1957 года AEC предложила сократить бюджет Project Rover, но вскоре это предложение было отменено событиями.

Два дня спустя Советский Союз запустил Спутник-1 , первый искусственный спутник Земли. Это вызвало опасения и воображение во всем мире и продемонстрировало, что Советский Союз обладал способностью доставлять ядерное оружие на межконтинентальные расстояния, и подорвало американские представления о военном, экономическом и технологическом превосходстве. Это ускорило кризис спутника и вызвало космическую гонку , новую область конкуренции в холодной войне . Андерсон хотел передать ответственность за космическую программу США AEC, но президент США Дуайт Д. Эйзенхауэр ответил созданием Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), которое поглотило NACA.

Дональд А. Куорлз , заместитель министра обороны , встретился с Т. Кейт Гленнаном , новым администратором НАСА, и Хью Драйденом , его заместителем 20 августа 1958 года, на следующий день после их приведения к присяге в Белом доме , и Ровером. был первым пунктом повестки дня. Куорлз очень хотел передать Rover НАСА, так как проект больше не имел военной цели. Сильверстайн, которого Гленнан привез в Вашингтон, округ Колумбия, для организации космической программы НАСА, давно интересовался ядерной ракетной технологией. Он был первым высокопоставленным должностным лицом NACA, проявившим интерес к ракетным исследованиям, инициировал расследование использования водорода в качестве ракетного топлива, участвовал в проекте авиационной ядерной силовой установки (ANP), построил реактор НАСА Плам-Брук и создал ядерный реактор. реактивная двигательная группа в Льюисе под руководством Гарольда Фингера .

Ответственность за неядерные компоненты Project Rover была официально передана от ВВС США (USAF) НАСА 1 октября 1958 года, в день, когда НАСА официально начало работу и приняло на себя ответственность за гражданскую космическую программу США. Project Rover стал совместным проектом NASA-AEC. Сильверстайн назначил Фингера от Льюиса руководить разработкой ядерной ракеты. 29 августа 1960 года НАСА создало Управление космических ядерных двигателей (SNPO) для наблюдения за проектом ядерной ракеты. Фингер был назначен его менеджером, а его заместителем был Милтон Кляйн из AEC.

Официальное «Соглашение между НАСА и AEC об управлении контрактами на ядерные ракетные двигатели» было подписано заместителем администратора НАСА Робертом Симансом и генеральным менеджером AEC Алвином Людеке 1 февраля 1961 года. За этим последовало «Межучрежденческое соглашение по программе для Разработка космической ядерной ракетной двигательной установки (Project Rover) », которую они подписали 28 июля 1961 года. SNPO также взяла на себя ответственность за SNAP: Армстронг стал помощником директора отдела разработки реакторов в AEC, а подполковник Г.М. Андерсон, ранее занимавший должность Сотрудник проекта SNAP в расформированном Управлении ядерных двигателей самолетов (ANPO) стал начальником отделения SNAP в новом подразделении.

25 мая 1961 года президент Джон Ф. Кеннеди выступил на совместной сессии Конгресса . «Во-первых, - объявил он, - я считаю, что эта нация должна взять на себя обязательство достичь цели до конца этого десятилетия - высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю». Затем он сказал: «Во-вторых, дополнительные 23 миллиона долларов вместе с уже доступными 7 миллионами долларов ускорят разработку ядерной ракеты Rover. Это обещает когда-нибудь предоставить средства для еще более захватывающих и амбициозных исследований космоса. , возможно, за пределами Луны, возможно, до самого конца самой Солнечной системы ».

Тестовый сайт

Обустройство Ракетно-атомной станции в Доме Чудаков

Ядерные реакторы для Project Rover были построены в Технической зоне 18 LASL (TA-18), также известной как Площадка Пахарито. Топливо и внутренние компоненты двигателя были изготовлены на комплексе Sigma в Лос-Аламосе. Испытания тепловыделяющих элементов и других материаловедческих исследований были выполнены отделом LASL N на TA-46 с использованием различных печей, а позже и специального испытательного реактора Nuclear Furnace. Сотрудники подразделений LASL Test (J) и Chemical Metallurgy Baker (CMB) также участвовали в Project Rover. Для каждого двигателя было построено по два реактора; один для критических экспериментов с нулевой мощностью в Лос-Аламосе, а другой - для испытаний на полной мощности. Перед отправкой на полигон реакторы были испытаны на очень малой мощности.

В 1956 году AEC выделил 127 200 гектаров (314 000 акров) области, известной как «Плоскогорье чудаков» в районе 25 испытательного полигона в Неваде, для использования Project Rover. В середине 1957 г. здесь начались работы по испытательной установке. Все материалы и припасы нужно было привезти из Лас-Вегаса . Испытательная ячейка А состояла из фермы баллонов с газообразным водородом и бетонной стены толщиной 0,91 метра (3 фута) для защиты электронных приборов от излучения реактора. Диспетчерской был расположен 3,2 км (2 мили) прочь. Пластиковое покрытие на тросах управления прогрызли роющие грызуны, и его пришлось заменить. Реактор прошел испытательный пуск с выхлопным шлейфом в воздухе, так что любые радиоактивные продукты деления, захваченные из активной зоны, могли быть безопасно рассеяны.

Здание технического обслуживания и разборки реактора (R-MAD) во многих отношениях было типичной горячей камерой, используемой в ядерной промышленности, с толстыми бетонными стенами, смотровыми окнами из свинцового стекла и дистанционными манипуляторами. Он был исключительным только своими размерами: 76 метров (250 футов) в длину, 43 метра (140 футов) и 19 метров (63 футов) в высоту. Это позволяло вставлять и выкатывать двигатель в железнодорожном вагоне. «Чудаки и Западная железная дорога», как ее беззаботно описывали, считались самой короткой и медленной железной дорогой в мире. Локомотивов было два: электрический Л-1 с дистанционным управлением и дизель-электрический Л-2 с ручным управлением с радиационной защитой кабины .

Предполагалось, что испытательная ячейка C будет завершена в 1960 году, но НАСА и AEC не запросили средства на дополнительное строительство в этом году; Андерсон все равно их предоставил. Потом были задержки со строительством, вынудившие его лично вмешаться. В августе 1961 года Советский Союз отменил мораторий на ядерные испытания, действовавший с ноября 1958 года, поэтому Кеннеди возобновил испытания в США в сентябре. После второй аварийной программы на полигоне в Неваде рабочая сила стала нехваткой, и началась забастовка.

Испытательная ячейка C с гигантскими криогенными хранилищами Дьюара

Когда это закончилось, рабочим пришлось столкнуться с трудностями работы с водородом, который мог просачиваться через микроскопические отверстия, слишком маленькие, чтобы пропускать другие жидкости. 7 ноября 1961 года в результате небольшой аварии произошел сильный выброс водорода. Комплекс, наконец, вступил в строй в 1964 году. SNPO предусматривала строительство ядерного ракетного двигателя мощностью 20 000 МВт, поэтому начальник строительства Кейт Бойер поручил компании Chicago Bridge & Iron Company построить два гигантских криогенных хранилища Дьюара объемом 1 900 000 литров (500 000 галлонов США) . Добавлен корпус для обслуживания и разборки двигателей (E-MAD). Оно было больше футбольного поля, с толстыми бетонными стенами и отсеками для щитов, где двигатели можно было собирать и разбирать. Также был стенд для испытания двигателей (ЭТС-1); Планировалось еще два.

Также здесь было хранилище радиоактивных материалов (ХХМ). Это был участок площадью 8,5 га (21 акр), примерно на одинаковом расстоянии от E-MAD, Test Cell «C» и ETS-1. Он был огорожен забором из вихревой проволоки с кварцевым освещением по периметру. Однопутная железная дорога, соединяющая объекты, вела одну ветку через одни главные ворота на склад, который затем разделялся на семь веток. Две шпоры вели в бункеры площадью 55,3 квадратных метра (595 квадратных футов). Объект использовался для хранения большого количества радиоактивно зараженных предметов.

В феврале 1962 года НАСА объявило о создании станции разработки ядерных ракет (NRDS) в Jackass Flats, а в июне для управления ею было создано отделение SNPO в Лас-Вегасе (SNPO-N). Строители были размещены в Меркьюри, штат Невада . Позже тридцать трейлеров были привезены в Jackass Flats, чтобы создать деревню под названием «Бойервиль» в честь надсмотрщика Кейта Бойера.

киви

Первая фаза проекта Rover, Kiwi, была названа в честь одноименной нелетающей птицы из Новой Зеландии, поскольку ракетные двигатели Kiwi тоже не предназначались для полетов. Их функция заключалась в проверке конструкции и проверке поведения используемых материалов. Программа Kiwi разработала серию нелетных испытательных ядерных двигателей, уделяя основное внимание совершенствованию технологии реакторов с водородным охлаждением. В период с 1959 по 1964 год было построено и испытано восемь реакторов. Считалось, что киви послужил доказательством концепции ядерных ракетных двигателей.

Киви А

Ремер Шрайбер с плакатом Project Rover в 1959 году

Первое испытание Kiwi A, первой модели ракетного двигателя Kiwi, было проведено в Jackass Flats 1 июля 1959 года. Kiwi A имел цилиндрический сердечник высотой 132,7 сантиметра (50 дюймов) и диаметром 83,8 сантиметра (30 дюймов). Центральный остров содержал тяжелую воду, которая действовала и как охлаждающая жидкость, и как замедлитель, чтобы уменьшить необходимое количество оксида урана. Управляющие стержни были расположены внутри острова, который был окружен 960 графитовыми топливными пластинами, загруженными 4-микрометровыми (0,00016 дюйма) топливными частицами из оксида урана, и слоем из 240 графитовых пластин. Ядро было окружено 43,2 см (20 дюймов) замедлителем из графитовой ваты и заключено в алюминиевый корпус. Газообразный водород использовался в качестве топлива с расходом 3,2 килограмма в секунду (7,1 фунт / с). Предназначенный для выработки 100 МВт, двигатель работал на 70 МВт в течение 5 минут. Температура активной зоны была намного выше, чем ожидалось, до 2900 К (2630 ° C) из-за растрескивания графитовых пластин, чего было достаточно, чтобы расплавить часть топлива.

Для следующего испытания 8 июля 1960 года был внесен ряд улучшений в двигатель, известный как Kiwi A Prime. Топливные элементы были экструдированы в цилиндры и покрыты карбидом ниобия ( NbC ) для защиты от коррозии. Шесть были уложены встык, а затем помещены в семь отверстий в графитовых модулях для создания топливных модулей длиной 137 сантиметров (54 дюйма). На этот раз реактор достиг мощности 88 МВт за 307 секунд при средней температуре газа на выходе из активной зоны 2178 К. Испытание было омрачено тремя отказами модуля активной зоны, но большинство из них пострадали незначительно или совсем не пострадали. За испытанием наблюдали Андерсон и делегаты Национального съезда Демократической партии 1960 года . На съезде Андерсон добавил поддержку ядерных ракет к платформе Демократической партии .

Третье и последнее испытание серии Kiwi A было проведено 19 октября 1960 года. В двигателе Kiwi A3 использовались 27-дюймовые (69 см) цилиндрические топливные элементы с гильзами из карбида ниобия. План испытаний предусматривал, что двигатель должен работать на 50 МВт (половинная мощность) в течение 106 секунд, а затем на 92 МВт в течение 250 секунд. Уровень мощности 50 МВт был достигнут при расходе топлива 2,36 кг в секунду (5,2 фунта / с), но температура выходящего газа составила 1861 К, что на 300 К выше ожидаемого. Через 159 секунд мощность была увеличена до 90 МВт. Для стабилизации температуры выходящего газа на уровне 2173 К расход топлива был увеличен до 3,81 кг в секунду (8,4 фунта / с). Позже было обнаружено, что нейтронно-физическая система измерения мощности была неправильно откалибрована, и двигатель фактически работал со средней мощностью 112,5 МВт в течение 259 секунд, что значительно превышает проектную мощность. Несмотря на это, ядро ​​пострадало меньше, чем в тесте Kiwi A Prime.

Kiwi A считался успешным как доказательство концепции ядерных ракетных двигателей. Он продемонстрировал, что водород можно нагреть в ядерном реакторе до температур, необходимых для космического движения, и что реактором можно управлять. Фингер пошел дальше и призвал промышленность подать заявку на разработку ядерного двигателя НАСА для ракетных транспортных средств ( NERVA ), основанного на конструкции двигателя Kiwi. Отныне Rover стал частью NERVA; в то время как Rover занимался исследованиями конструкции ядерных ракетных реакторов, NERVA занималась разработкой и развертыванием ядерных ракетных двигателей, а также планированием космических миссий.

Киви Б

Директор Национальной лаборатории в Лос - Аламосе , Норрис Брэдбери (слева), в передней части реактора Киви В4-A

Первоначальной целью LASL был ядерный ракетный двигатель мощностью 10 000 МВт, способный вывести 11 000 кг (25 000 фунтов) на орбиту 480 километров (300 миль). Этот двигатель получил кодовое название Condor, в честь больших летающих птиц , в отличие от маленького нелетающего Kiwi. Однако в октябре 1958 года НАСА изучило размещение ядерной верхней ступени на ракете Titan I и пришло к выводу, что в этой конфигурации верхняя ступень реактора мощностью 1000 МВт может вывести на орбиту 6400 кг (14000 фунтов). Эта конфигурация использовалась в исследованиях Новы и стала целью Project Rover. LASL планировала провести два испытания Kiwi B, промежуточной конструкции мощностью 1000 МВт, в 1961 и 1962 годах, а затем два испытания Kiwi C, опытного образца двигателя, в 1963 году, а также провести испытание реактора в полете (RIFT). двигатель 1964 г.

Для Kiwi B LASL внесла несколько изменений в конструкцию, чтобы получить требуемую более высокую производительность. Центральная активная зона была удалена, количество отверстий для теплоносителя в каждом гексагональном топливном элементе было увеличено с четырех до семи, а графитовый отражатель был заменен на бериллиевый отражатель толщиной 20 сантиметров (8 дюймов). Хотя бериллий был более дорогим, сложным в производстве и высокотоксичным, он также был намного легче, что позволило сэкономить 1100 кг (2500 фунтов). Из-за задержки с подготовкой Test Cell C некоторые функции, предназначенные для Kiwi C, также были включены в Kiwi B2. Сюда входили сопло, охлаждаемое жидким водородом вместо воды, новый турбонасос Rocketdyne и бутстрап-старт, при котором реактор запускался только своим ходом.

Испытание Kiwi B1A, последнего испытания с использованием газообразного водорода вместо жидкого, было первоначально запланировано на 7 ноября 1961 года. Утром в день испытания негерметичный клапан привел к сильному взрыву водорода, в результате которого стены сарая были разрушены и ранены несколько рабочих; у многих был разрыв барабанной перепонки, а у одного сломалась пяточная кость. Реактор не был поврежден, но испытательная машина и приборы были серьезно повреждены, в результате чего испытание было отложено на месяц. Вторая попытка 6 декабря была прервана, когда было обнаружено, что многие диагностические термопары были установлены наоборот. Наконец, 7 декабря испытания начались. Предполагалось, что двигатель будет работать на 270 МВт в течение 300 секунд, но испытание было остановлено всего через 36 секунд на 225 МВт, поскольку начали появляться водородные возгорания. Все термопары работали исправно, поэтому было получено много полезных данных. Средний массовый расход водорода во время части эксперимента на полной мощности составлял 9,1 килограмма в секунду (20 фунтов / с).

Затем LASL намеревалась протестировать Kiwi B2, но были обнаружены структурные недостатки, которые потребовали переделки. Затем внимание переключилось на B4, более радикальный дизайн, но когда они попытались поместить топливные кластеры в активную зону, оказалось, что кластеры содержат слишком много нейтронов, и возникли опасения, что реактор может неожиданно запуститься. Проблема была связана с поглощением воды из обычно сухого воздуха Нью-Мексико во время хранения. Это было исправлено добавлением нейтронного яда. После этого твэлы хранили в инертной атмосфере. Тогда N Division решила провести испытания с резервным двигателем B1, B1B, несмотря на серьезные сомнения по поводу этого, основанные на результатах испытания B1A, чтобы получить больше данных о характеристиках и поведении жидкого водорода. При запуске 1 сентября 1962 года активная зона сотряслась, но достигла мощности 880 МВт. Вспышки света вокруг сопла указывали на выброс топливных таблеток; Позже было установлено, что их было одиннадцать. Вместо того, чтобы отключиться, испытатели повернули барабаны для компенсации и смогли продолжить работу на полной мощности в течение нескольких минут, прежде чем сработал датчик и возник пожар, а двигатель был остановлен. Было выполнено большинство, но не все цели тестирования.

Следующим испытанием серии был Kiwi B4A 30 ноября 1962 года. Вспышка пламени наблюдалась, когда мощность реактора достигла 120 МВт. Мощность была увеличена до 210 МВт и удерживалась там 37 секунд. Затем мощность была увеличена до 450 МВт, но затем вспышки стали частыми, и двигатель был выключен через 13 секунд. После испытаний было обнаружено, что 97% твэлов сломаны. Были оценены трудности использования жидкого водорода, и причина вибрации и отказов была диагностирована как утечка водорода в зазор между активной зоной и корпусом высокого давления. В отличие от химического двигателя, который, вероятно, взорвался бы после повреждения, двигатель оставался стабильным и управляемым. Испытания показали, что ядерный ракетный двигатель будет прочным и надежным в космосе.

Kiwi A Prime запущен на пробу

Кеннеди посетил Лос-Аламос 7 декабря 1962 года для ознакомления с проектом «Ровер». Это был первый визит президента США в лабораторию ядерного оружия. Он привел с собой большую свиту, в которую входили Линдон Джонсон , Макджордж Банди , Джером Визнер , Гарольд Браун , Дональд Хорниг , Гленн Сиборг , Роберт Симанс, Гарольд Фингер и Клинтон Андерсон. На следующий день они вылетели в Чудаки-Флэтс, в результате чего Кеннеди стал единственным президентом, когда-либо посетившим ядерный полигон. В 1962 году Project Rover получил 187 миллионов долларов, а в 1963 году AEC и НАСА просили еще 360 миллионов долларов. Кеннеди обратил внимание на бюджетные трудности своей администрации, а его официальные лица и советники обсуждали будущее Project Rover и космической программы в целом.

Фингер собрал команду специалистов по вибрации из других центров НАСА и вместе с сотрудниками из LASL, Aerojet и Westinghouse провел серию испытаний реактора «холодного течения» с использованием тепловыделяющих элементов без делящегося материала. Азот, гелий и водород пропускали через двигатель, чтобы вызвать вибрации. Установлено, что они вызваны нестабильностью протекания жидкости через зазоры между соседними твэлами. Для решения проблемы вибрации был внесен ряд незначительных изменений в конструкцию. В ходе испытаний Kiwi B4D 13 мая 1964 года реактор был автоматически запущен и кратковременно работал на полной мощности (990 МВт) без проблем с вибрацией. Испытание пришлось прекратить через 64 ​​секунды, когда трубки сопла разорвались и вызвали утечку водорода вокруг сопла, что привело к возгоранию. Охлаждение проводилось как с водородом, так и с 3266 килограммами (7200 фунтов) газообразного азота. При осмотре после испытания поврежденных твэлов не обнаружено.

Последним испытанием было испытание Kiwi B4E 28 августа, в ходе которого реактор проработал двенадцать минут, восемь из которых были на полной мощности (937 МВт). Это было первое испытание, в котором вместо оксида урана использовались таблетки карбида урана с покрытием из карбида ниобия 0,0508 миллиметра (0,002 дюйма). Было обнаружено, что они окисляются при нагревании, вызывая потерю углерода в виде газообразного монооксида углерода . Чтобы минимизировать это, частицы были увеличены (от 50 до 150 микрометров (от 0,0020 до 0,0059 дюйма) в диаметре) и получили защитное покрытие из пиролитического графита. 10 сентября Kiwi B4E был перезапущен и проработал на мощности 882 МВт в течение двух с половиной минут, демонстрируя способность ядерного ракетного двигателя останавливаться и перезапускаться.

В сентябре 1964 года были проведены испытания двигателя Kiwi B4 и реактора PARKA, который использовался для испытаний в Лос-Аламосе. Два реактора находились на расстоянии 4,9 метра (16 футов), 2,7 метра (9 футов) и 1,8 метра (6 футов) друг от друга, и были проведены измерения реактивности. Эти испытания показали, что нейтроны, произведенные одним реактором, действительно вызывали деление в другом, но эффект был незначительным: 3, 12 и 24 цента соответственно. Испытания показали, что соседние ядерные ракетные двигатели не будут мешать друг другу и, следовательно, могут быть сгруппированы, как это часто бывает с химическими.

Феб

Ядерный ракетный двигатель Phoebus на Черкес и Западной железной дороге

Следующим шагом в исследовательской программе LASL было строительство реактора большего размера. Размер ядра определяет, сколько водорода, необходимого для охлаждения, можно пропустить через него; и сколько в него уранового топлива можно загрузить. В 1960 году LASL начала проектировать реактор мощностью 4000 МВт с активной зоной 89 см (35 дюймов) в качестве преемника Kiwi. LASL решили назвать его Фиби в честь греческой богини Луны. Однако это название уже было у другого проекта ядерного оружия, поэтому его изменили на Phoebus, альтернативное название Apollo. Фебус столкнулся с оппозицией со стороны SNPO, которая хотела реактор мощностью 20 000 МВт. LASL считала, что к трудностям строительства и испытаний такого большого реактора относятся слишком легко; просто для создания конструкции мощностью 4000 МВт потребовалось новое сопло и улучшенный турбонасос от Rocketdyne. Последовал длительный бюрократический конфликт.

В марте 1963 года SNPO и Центр космических полетов им. Маршалла (MSFC) поручили Лаборатории космических технологий (STL) подготовить отчет о том, какой ядерный ракетный двигатель потребуется для возможных миссий в период с 1975 по 1990 год. Эти миссии включали пилотируемые ранее межпланетные космические аппараты. экспедиции туда и обратно (ИМПЕРИЯ), планетарные качели и облеты, а также лунный челнок. Заключение этого девятитомного отчета, представленного в марте 1965 года, и последующего исследования заключалось в том, что эти миссии могут выполняться с двигателем мощностью 4100 МВт с удельным импульсом 825 секунд (8,09 км / с). . Это было значительно меньше, чем предполагалось изначально. Из этого возникла спецификация ядерного ракетного двигателя мощностью 5000 МВт, который стал известен как NERVA II.

LASL и SNPO пришли к соглашению, что LASL построит две версии Phoebus: маленький Phoebus I с сердечником диаметром 89 см (35 дюймов) для тестирования современных видов топлива, материалов и концепций, и более крупный 140 см (55 дюймов). Phoebus II, который послужит прототипом NERVA II. Оба будут основаны на киви. Основное внимание уделялось достижению большей мощности, чем было возможно с помощью устройств Kiwi, и поддержанию максимальной мощности в течение более длительного времени. Работа над Phoebus I была начата в 1963 году, когда было построено три двигателя, которые назывались 1A, 1B и 1C.

Феб в Национальном музее атомных испытаний в Лас-Вегасе

Phoebus 1A был испытан 25 июня 1965 года и работал на полной мощности (1090 МВт) в течение десяти с половиной минут. К сожалению, интенсивная радиационная обстановка вызвала ошибочные показания одного из емкостных датчиков. Столкнувшись с одним датчиком, который сказал, что резервуар для водородного топлива был почти пуст, и другим, который сказал, что он был заполнен на четверть, и не был уверен, что это правильно, техники в диспетчерской решили поверить тому, что сказал, что он заполнен на четверть. Это был неправильный выбор; бак действительно был почти пуст, а топливо иссякло. Без жидкого водорода для охлаждения двигатель, работающий при 2270 К (2000 ° C), быстро перегрелся и взорвался. Было выброшено около пятой части топлива; большая часть остального растаяла.

Испытательную площадку оставили на шесть недель, чтобы дать время распаду высокорадиоактивных продуктов деления. Грейдер с резиновым ракелем на его плуг использовался взгромоздить загрязненной грязи , так что может быть зачерпнул. Когда это не помогло, для сбора грязи использовался пылесос мощностью 150 кВт (200 л.с.). Фрагменты на тестовой площадке изначально собирались роботом, но это было слишком медленно, и использовались люди в защитных костюмах, которые собирали кусочки щипцами и бросали их в банки с краской, окруженные свинцом и установленные на тележках с маленькими колесами. Это позаботилось об основном загрязнении; остальное было сколото, сметено, вычищено, смыто или закрашено. Вся работа по дезактивации заняла четыреста человек за два месяца и стоила 50 000 долларов. Средняя доза облучения, полученная рабочими по ликвидации последствий, составила 0,66 бэр (  0,0066 Зв ), а максимальная - 3 бэра (0,030 Зв); LASL ограничила количество своих сотрудников 5 бэр (0,050 Зв) в год.

Следующим испытанием был Phoebus 1B. Он был включен 10 февраля 1967 года и работал на мощности 588 МВт в течение двух с половиной минут. Чтобы избежать повторения несчастного случая, произошедшего с Phoebus 1A, был установлен криогенный резервуар Дьюара емкостью 30 000 литров (8 000 галлонов США) под высоким давлением и высоким давлением 5200 килопаскалей (750  фунтов на кв. Дюйм ) для обеспечения аварийной подачи жидкого водорода в случае возникновения произошел отказ основной системы подачи топлива. Второе испытание было проведено 23 февраля 1967 года, когда оно длилось 46 минут, из которых 30 минут были выше 1250 МВт, и была достигнута максимальная мощность 1450 МВт и температура газа 2444 К (2171 ° C). Испытание прошло успешно, но обнаружилась некоторая коррозия.

Затем последовали испытания более крупного Phoebus 2A. Предварительный запуск на малой мощности (2000 МВт) был проведен 8 июня 1968 года, а затем 26 июня на полную мощность. Двигатель проработал 32 минуты, 12,5 минут из которых были более 4000 МВт, при этом была достигнута пиковая мощность 4082 МВт. В этот момент температура камеры составляла 2256 К (1983 ° C), а общий расход составлял 118,8 кг в секунду (262 фунта / с). Максимальный уровень мощности не мог быть достигнут, потому что в этот момент температуры сегментов зажимной ленты, соединяющих сердечник с сосудом высокого давления, достигли своего предела 417 K (144 ° C). Третий запуск был проведен 18 июля с мощностью 1280 МВт, четвертый - позже в тот же день с мощностью около 3500 МВт. Загадочная аномалия заключалась в том, что реактивность была ниже ожидаемой. Жидкий водород мог переохлаждать бериллиевый отражатель, в результате чего он каким-то образом терял некоторые свои замедляющие свойства. Альтернативно, есть два спиновых изомера водорода : параводород - замедлитель нейтронов, но ортоводород - яд, и, возможно, высокий поток нейтронов изменил часть параводорода на ортоводород.

Pewee

Pewee был третьим этапом Project Rover. LASL вернулась к названиям птиц, назвав их в честь североамериканского чучела . Он был маленьким, легко проверяемым и подходящим по размеру для беспилотных научных межпланетных миссий или небольших ядерных «буксиров». Его основной целью было испытание перспективных тепловыделяющих элементов без использования полноразмерного двигателя. На разработку Pewee ушло всего девятнадцать месяцев с того момента, когда SNPO разрешила его в июне 1967 года, до его первых полномасштабных испытаний в декабре 1968 года.

Pewee имела активную зону размером 53 см (21 дюйм), содержащую 36 кг (80 фунтов) 402 тепловыделяющих элемента и 132 опорных элемента. Из 402 тепловыделяющих элементов 267 были изготовлены LASL, 124 - Астрономической лабораторией Westinghouse и 11 - Комплексом национальной безопасности Y-12 AEC . Большинство из них были покрыты карбидом ниобия ( NbC ), но некоторые были покрыты карбидом циркония ( ZrC ) вместо этого; большинство также имело защитное молибденовое покрытие. Были опасения, что такой маленький реактор может не достичь критичности , поэтому был добавлен гидрид циркония (хороший замедлитель), а толщина бериллиевого отражателя была увеличена до 20 сантиметров (8 дюймов). Контрольных барабанов было девять. Весь реактор, включая алюминиевый корпус высокого давления, весил 2570 килограммов (5670 фунтов).

Pewee 1 запускался трижды: для проверки 15 ноября 1968 г., для краткосрочных испытаний 21 ноября и для испытаний на выносливость на полной мощности 4 декабря. Испытание на полной мощности имело две выдержки, во время которых реактор работал с мощностью 503 МВт (1,2 МВт на топливный элемент). Средняя температура газа на выходе составила 2550 К (2280 ° C), что является самым высоким показателем, когда-либо зарегистрированным Project Rover. Температура в камере составила 2750 К (2480 ° C), что стало еще одним рекордом. Испытания показали, что карбид циркона более эффективно предотвращает коррозию, чем карбид ниобия. Не было предпринято никаких особых усилий для максимизации удельного импульса, что не являлось целью реактора, но Pewee достиг удельного импульса вакуума 901 секунду (8,84 км / с), что значительно выше целевого значения для NERVA. То же самое было со средней удельной мощностью 2340 МВт / м ³ ; пиковая плотность достигла 5200 МВт / м ³ . Это было на 20% выше, чем у Phoebus 2A, и был сделан вывод, что можно было бы построить более легкий, но более мощный двигатель.

LASL потребовался год, чтобы изменить конструкцию Pewee, чтобы решить проблему перегрева. В 1970 году Pewee 2 был подготовлен в испытательной камере C для серии испытаний. LASL планировала провести двенадцать запусков на полной мощности при 2427 К (2154 ° C), каждая продолжительностью десять минут, с выдержкой до 540 К (267 ° C) между каждым тестом. SNPO приказало LASL вернуть Pewee в E-MAD. Проблема заключалась в Законе о национальной экологической политике (NEPA), который президент Ричард Никсон подписал 1 января 1970 года. SNPO полагала, что радиоактивные выбросы находятся в пределах нормы и не будут иметь неблагоприятных последствий для окружающей среды, но экологическая группа заявила об обратном. . ГНПО подготовило полное исследование воздействия на окружающую среду для предстоящих испытаний ядерной печи. Тем временем LASL запланировала тест Pewee 3. Это будет проверяться в горизонтальном положении с помощью скруббера для удаления продуктов деления из выхлопного шлейфа. Также планировалось использовать Pewee 4 для проверки топлива и Pewee 5 для проверки форсажных камер. Ни один из этих тестов никогда не проводился.

Ядерная печь

Две формы топлива, испытанные Project Rover: частицы топлива из карбида урана с пиролитическим углеродным покрытием, диспергированные в графитовой подложке, и «композит», состоящий из дисперсии карбида урана и карбида циркония в графитовой подложке.

Ядерная печь представляла собой небольшой реактор размером в одну десятую от размера «Пьюи», предназначенный для обеспечения недорогих средств проведения испытаний. Первоначально он должен был использоваться в Лос-Аламосе, но стоимость создания подходящего испытательного полигона была больше, чем стоимость использования испытательной камеры C. В нем было крошечное ядро ​​длиной 146 сантиметров (57 дюймов) и диаметром 34 сантиметра (13 дюймов). с 49 гексагональными твэлами. Из них 47 были топливными элементами из карбида урана и карбида циркония, а два содержали кластер из семи элементов из чистого карбида урана и циркония с одним отверстием. Ни один из этих типов ранее не испытывался в ядерном ракетном реакторе. Всего это было около 5 кг высокообогащенного (93%) урана-235. Чтобы достичь критичности с таким малым количеством топлива, бериллиевый отражатель имел толщину более 36 сантиметров (14 дюймов). Каждый топливный элемент имел собственную охлаждающую и замедляющую водяную рубашку. Вместо жидкого водорода для экономии использовался газообразный водород. Скруббер был разработан.

Цели испытаний ядерной печи заключались в проверке конструкции и испытании нового композитного топлива. С 29 июня по 27 июля 1972 года NF-1 проработал четыре раза на полной мощности (44 МВт) и температуре выходящего газа 2444 К (2171 ° C) в общей сложности 108,8 минут. NF-1 проработал 121,1 минуту при температуре выходящего топливного газа выше 2222 К (1949 ° C). Он также достиг средней плотности мощности от 4500 до 5000 МВт / м ³ при температурах до 2500 К (2230 ° C). Скруббер работал хорошо, хотя и протекло немного криптона-85 . Агентство по охране окружающей среды удалось обнаружить незначительное количество, но ни за пределами полигона.

Испытания показали, что композитные топливные элементы будут работать от двух до шести часов при температуре от 2500 до 2800 К (от 2230 до 2530 ° C), а карбидные топлива будут давать аналогичные характеристики при температуре от 3000 до 3200 K (от 2730 до 2930 ° C). предполагая, что проблемы с растрескиванием можно преодолеть с помощью улучшенной конструкции. За десять часов работы графитовая матрица будет ограничена температурой от 2200 до 2300 К (от 1930 до 2030 ° C), композит может нагреться до 2480 К (2210 ° C), а чистый карбид - до 3000 K (2730 ° C). ). Таким образом, программа испытаний закончилась с тремя жизнеспособными формами топливного элемента.

Тесты безопасности

В мае 1961 года Кеннеди дал согласие на проведение летных испытаний реактора (RIFT). В ответ LASL создала Офис по безопасности полетов роверов, а SNPO создала Группу по безопасности полетов роверов, которая поддержала RIFT. Планирование НАСА RIFT предполагало, что до четырех реакторов упадут в Атлантический океан. LASL нужно было определить, что произойдет, если реактор ударится о воду со скоростью несколько тысяч километров в час. В частности, ему нужно было знать, станет ли он критическим или взорвется при заливке морской водой, замедлителем нейтронов. Также были опасения по поводу того, что произойдет, когда он опустится на 3,2 километра (2 мили) на дно Атлантического океана, где окажется под сокрушительным давлением. Все возможное влияние на морскую жизнь, да и вообще на то, какая морская жизнь там внизу, нужно было учитывать.

Модифицированный ядерный реактор Kiwi был намеренно уничтожен в ходе испытания Kiwi TNT.

LASL началась с погружения топливных элементов в воду. Затем было проведено испытание на имитацию проникновения воды (SWET), в ходе которого 30-сантиметровый (12 дюймов) поршень использовался для подачи воды в реактор как можно быстрее. Для имитации удара имитация реактора была сброшена на бетон с высоты 23 метра (75 футов). Он подпрыгнул на 4,6 метра (15 футов) в воздухе; сосуд высокого давления был помят, и многие топливные элементы треснули, но расчеты показали, что он не станет критическим и не взорвется. Однако RIFT задействовал NERVA, сидящую на ракете Saturn V высотой 91 метр (300 футов). Чтобы выяснить, что произойдет, если ракета-носитель взорвется на стартовой площадке, имитация реактора была врезана в бетонную стену с помощью ракетных саней . Ядро было сжато на 5%, и расчеты показали, что ядро ​​действительно станет критическим и взорвется с силой, эквивалентной примерно 2 кг (4,4 фунта) взрывчатого вещества, что, вероятно, будет незначительным по сравнению с ущербом, нанесенным взрывом. бустер. К сожалению, это было намного меньше, чем 11 кг (25 фунтов), которые были предсказаны теоретически, что указывает на недостатки математического моделирования.

Когда было определено, что NERVA не требуется для Apollo и, следовательно, не понадобится до 1970-х годов, RIFT был отложен, а затем полностью отменен в декабре 1963 года. Хотя его восстановление часто обсуждалось, этого не произошло. Это устранило необходимость в дальнейшем SWET, но сохранялись опасения по поводу безопасности ядерных ракетных двигателей. Хотя удар или взрыв не могли вызвать ядерный взрыв, LASL беспокоилась о том, что произойдет, если реактор перегреется. Был разработан тест, чтобы создать самую разрушительную катастрофу. Был разработан специальный тест, известный как Kiwi-TNT. Обычно управляющие барабаны вращаются с максимальной скоростью 45 ° в секунду до полностью открытого положения на 180 °. Это было слишком медленно для разрушительного взрыва, поэтому для Kiwi-TNT они были модифицированы, чтобы вращаться со скоростью 4000 ° в секунду. Испытание было проведено 12 января 1965 года. Kiwi-TNT был установлен на платформенный железнодорожный вагон, получивший прозвище Toonerville Trolley, и припаркован в 190 метрах (630 футов) от испытательной камеры C. Барабаны были повернуты на максимальное значение на 4000 °. в секунду, и тепло испарило часть графита, что привело к красочному взрыву, в результате которого топливные элементы полетели по воздуху, за которым последовало высокорадиоактивное облако с радиоактивностью, оцененной в 1,6 мегакюри (59  ПБк ).

Большая часть радиоактивности в облаке была в форме цезия-138 , стронция-92 , йода-134 , циркония-97 и криптона-88 , которые имеют короткие периоды полураспада, измеряемые минутами или часами. Облако поднялось на 790 метров (2600 футов) в воздух и поплыло на юго-запад, в конце концов улетев над Лос-Анджелесом в море. Его отслеживали два самолета Службы общественного здравоохранения (PHS), которые взяли пробы. PHS выдал дозиметры с пленочными бейджами людям, живущим на краю испытательной зоны, и взял пробы молока с молочных ферм на пути к облаку. Они показали, что воздействие на людей, живущих за пределами испытательного полигона в Неваде, было незначительным. Радиоактивные осадки на земле также быстро рассеялись. Поисковые группы прочесали местность, собирая мусор. Самой большой была часть сосуда под давлением весом 67 кг (148 фунтов), которая была обнаружена на расстоянии 230 метров (750 футов); другой, весом 44 килограмма (98 фунтов), был обнаружен на расстоянии 520 метров (1700 футов).

E-MAD объект

Взрыв был относительно небольшим, по оценкам, эквивалентным от 90 до 140 кг (от 200 до 300 фунтов) черного пороха . Он был гораздо менее сильным, чем взрыв тротила , а следовательно, и обнаруженные крупные осколки. Испытания показали, что реактор нельзя разрушить в космосе, взорвав его на мелкие части, поэтому пришлось найти другой способ его утилизации в конце космической миссии. LASL решила воспользоваться возможностью перезапуска двигателя, чтобы избавиться от ядерной ракеты, запустив ее на высокую орбиту, так что она либо полностью покинула Солнечную систему, либо вернулась спустя столетия, к тому времени большая часть радиоактивности исчезла бы. Советский Союз протестовал против испытания, заявив, что это было ядерное испытание в нарушение Договора о частичном запрещении ядерных испытаний , но США ответили, что это было подкритическое испытание без взрыва. Однако Госдепартамент был очень недоволен обозначением LASL Kiwi-TNT, поскольку это означало взрыв, и это усложняло обвинение Советов в нарушении договора.

Во время Project Rover произошло три несчастных случая со смертельным исходом. Один рабочий погиб в автокатастрофе. Другой умер от ожогов после того, как пролил бензин на секретные компьютерные ленты и поджег их, чтобы избавиться от них. Третий вошел в баллон с азотом и задохнулся.

Отмена

Rover всегда был спорным проектом, и чтобы защитить его от критики, потребовалась серия бюрократических и политических баталий. В 1961 году Бюджетное бюро (BOB) и Президентский научно-консультативный комитет (PSAC) бросили вызов Rover на основании его стоимости, но этот толчок был отклонен JCAE, где Rover пользовался стойкой поддержкой Андерсона и Ховарда. Пушка в Сенате , Овертон Брукс и Джеймс Дж. Фултон в Палате представителей . PSAC и BOB повторили попытку в 1964 году; Запросы НАСА по бюджету были сокращены, но Ровер остался невредимым.

В конце 1960-х годов рост расходов на войну во Вьетнаме усилил давление на бюджеты. Новоизбранные члены палаты критически смотрели на Rover и NERVA, рассматривая их как ворота к дорогостоящей бессрочной программе исследования дальнего космоса после Аполлона. Но Ровер сохранил влиятельную поддержку со стороны Андерсона, Кэннона и Маргарет Чейз Смит из штата Мэн в Сенате, а также Фултона и Джорджа П. Миллера (которые сменили Брукса на посту председателя комитета Палаты представителей США по науке, космосу и технологиям после смерти последнего в Сентябрь 1961 г.) в палате.

Конгресс поддержал NERVA II в бюджете 1967 года, но Джонсону нужна была поддержка Андерсоном его законодательства о программе Medicare , и 7 февраля 1967 года он согласился предоставить деньги для NERVA II из своего собственного резервного фонда. Кляйн, сменивший Фингера на посту главы SNPO в 1967 году, столкнулся с двухчасовым допросом по NERVA II в Комитете по науке и астронавтике Палаты представителей , который урезал бюджет НАСА. Оплата NERVA II сэкономила 400 миллионов долларов, в основном на новых объектах, которые потребуются для ее тестирования. AEC и НАСА согласились, потому что было продемонстрировано, что NERVA I может выполнять миссии, ожидаемые от NERVA II.

Сенатор США Клинтон П. Андерсон с ракетой киви

У NERVA было много потенциальных миссий. НАСА рассматривало возможность использования Saturn V и NERVA в « большом путешествии » по Солнечной системе. Между 1976 и 1980 годами произошло редкое выравнивание планет, которое происходит каждые 174 года, что позволило космическому кораблю посетить Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. С NERVA этот космический корабль может весить до 24 000 килограммов (52 000 фунтов). Предполагалось, что NERVA имеет удельный импульс всего 825 секунд (8,09 км / с); 900 секунд (8,8 км / с) были более вероятными, и с ними можно было вывести на орбиту вокруг Луны космическую станцию ​​массой 77 000 кг (170 000 фунтов) размером со Скайлэб . Повторные полеты на Луну можно будет совершать с помощью NERVA, приводящего в действие ядерный шаттл. Была также миссия на Марс, о которой Кляйн дипломатично избегал упоминания, зная, что даже после высадки Аполлона-11 на Луну эта идея не пользовалась популярностью у Конгресса и широкой общественности.

Давление сокращения затрат усилилось после того, как Никсон сменил Джонсона на посту президента в 1969 году. Финансирование программы НАСА было сокращено в бюджете на 1969 год, в результате чего производственная линия Saturn V была остановлена, но NERVA осталась. Кляйн одобрил план, согласно которому космический шаттл выводил двигатель NERVA на орбиту, а затем возвращался за топливом и полезной нагрузкой. Это можно было повторить, поскольку двигатель NERVA можно было перезапустить. NERVA сохранила стойкую поддержку Андерсона, Кэннона и Смита, но Андерсон стареет и утомляется и теперь делегирует Кэннону многие свои обязанности. NERVA получил $ 88 млн в финансовом году (ФГ) 1970 и $ 85 миллионов в FY 1971, с денежными средствами , поступающими совместно с НАСА и AEC.

Когда Никсон попытался отменить NERVA в 1971 году, голоса Андерсона и Смита убили любимый проект Никсона - сверхзвуковой транспортный самолет Boeing 2707 . Для президента это было ошеломляющим поражением. В бюджете на 1972 финансовый год финансирование шаттла было сокращено, но NERVA выжила. Хотя его бюджетный запрос составлял всего 17,4 миллиона долларов, Конгресс выделил 69 миллионов долларов; Никсон потратил из них всего 29 миллионов долларов.

В 1972 году Конгресс снова поддержал NERVA. Двухпартийная коалиция во главе со Смитом и Кэнноном выделила на это 100 миллионов долларов; Двигатель NERVA, который поместился бы в грузовой отсек шаттла, оценивался в 250 миллионов долларов за десять лет. Они добавили условие, что больше не будет перепрограммирования средств NERVA на оплату другой деятельности НАСА. Администрация Никсона все равно решила отменить NERVA. 5 января 1973 года НАСА объявило, что NERVA (и, следовательно, Rover) прекращена.

Персонал LASL и Управления космических ядерных систем (SNSO), как SNPO было переименовано в 1970 году, были ошеломлены; проект по созданию небольшой NERVA, которую можно было бы нести на борту космического челнока, успешно продвигался. Сразу же начались увольнения, а в июне SNSO была упразднена. После 17 лет исследований и разработок Projects Rover и NERVA потратили около 1,4 миллиарда долларов, но ни одна ракета с ядерной установкой никогда не запускалась.

Наследие

Ядерная ракетная двигательная установка

В 1983 году Стратегическая оборонная инициатива («Звездные войны») определила миссии, в которых можно было бы выиграть от ракет более мощных, чем химические ракеты, а некоторые из них могли быть выполнены только с помощью таких ракет. Проект ядерной двигательной установки СП-100 был создан в феврале 1983 г. с целью создания ядерной ракетной системы мощностью 100 кВт. Концепция включала реактор с шаровидным слоем , разработанный Джеймсом Р. Пауэллом из Брукхейвенской национальной лаборатории , который обещал более высокие температуры и улучшенные характеристики по сравнению с NERVA. С 1987 по 1991 год он финансировался как секретный проект под кодовым названием Project Timber Wind .

Предложенная ракета была позже расширена до более крупной конструкции после того, как проект был передан программе космического ядерного теплового движения (SNTP) в лаборатории ВВС Филлипс в октябре 1991 года. НАСА проводило исследования в рамках своей инициативы по исследованию космоса (SEI), но чувствовало себя что SNTP предлагал недостаточные улучшения по сравнению с ядерными ракетами, разработанными Project Rover, и не требовался никакими миссиями SEI. Программа SNTP была прекращена в январе 1994 года после того, как было потрачено около 200 миллионов долларов.

Двигатель для межпланетных путешествий с орбиты Земли на орбиту Марса и обратно был изучен в 2013 году в MSFC с упором на ядерные тепловые ракетные двигатели. Поскольку они как минимум в два раза эффективнее самых современных химических двигателей, они позволяют сократить время перегрузки и увеличить грузоподъемность. Более короткая продолжительность полета, оцениваемая в 3–4 месяца с ядерными двигателями, по сравнению с 8–9 месяцами с использованием химических двигателей, снизила бы воздействие на экипаж потенциально вредных и трудных для защиты космических лучей . Ядерные двигатели, такие как Pewee из Project Rover, были выбраны в эталонной архитектуре проекта Mars (DRA), и 22 мая 2019 года Конгресс одобрил финансирование разработки ядерных ракет на сумму 125 миллионов долларов.

Восстановление сайта

Снос R-MAD в декабре 2009 г.

С закрытием SNPO Операционный офис Министерства энергетики штата Невада взял на себя ответственность за Jackass Flats. Радиологическое обследование было проведено в 1973 и 1974 годах, после чего была проведена очистка от сильного радиоактивного загрязнения в RMSF, R-MAD, ETS-1 и испытательных камерах A и C. E-MAD все еще использовался и не использовался. часть усилий. С 1978 по 1984 год на очистку территории было потрачено 1,624 миллиона долларов. Удаленные сильно загрязненные предметы включали сопло Phoebus, а также два 24,9- тонных (27,5- коротких ) и два 14-тонных (15-коротких) защитных экрана реактора от R-MAD. Они были вывезены на участки по обращению с радиоактивными отходами в Зоне 3 и Зоне 5. Около 5 563 кубических метра (7 276 кубических ярдов) загрязненной почвы и 4 250 кубических метров (5 560 кубических ярдов) загрязненного металла и бетона были также удалены для захоронения. Еще 631 кубический метр (825 кубических ярдов) чистого металла и оборудования были вывезены в качестве утиля.

В период с декабря 2004 г. по июль 2005 г. испытательная камера A была снесена. Это включало удаление токсичных и опасных материалов, в том числе асбеста и фольги, окружающей электрические кабелепроводы, в которых уровень кадмия превышал пределы полигона. Было обнаружено, что краска содержит полихлорированный бифенил (ПХБ), но не выше пределов захоронения. Около 27 тонн (30 коротких тонн) свинцовых кирпичей были обнаружены в различных местах и ​​вывезены. Также были следы урана и плутония. Основная проблема заключалась в сносе бетонной защитной стены, содержащей следы европия- 151, европия-153 и кобальта- 59, которые при поглощении нейтронов превращаются в радиоактивные европий-152, европий-154 и кобальт-60. Необходимо было соблюдать осторожность, чтобы избежать образования опасной радиоактивной пыли во время сноса стены, который производился с использованием взрывчатых веществ. Снос объекта R-MAD начался в октябре 2009 года и был завершен в августе 2010 года.

Сводка испытаний реактора

Источник:

Сноски

Примечания

Рекомендации