Авиация NERVA (двигатель) - История

Лос-Аламосская лаборатория начала исследования ядерных ракетных двигателей в 1952 году, ускорив их в проекте Rover в 1955, когда заместитель директора Ливерморской национальной лаборатории нашёл путь значительного сокращения веса реактора. К 1961 году, после неожиданно быстрого прогресса Rover, НАСА включило ядерные двигатели в свои планы. Маршалл планировал использовать ракету с ядерной ступенью RIFT для запуска в начале 1964 года, и необходимость планирования и контроля привела к образованию Space Nuclear Propulsion Office. SNPO был сформирован таким образом, что Комиссия по атомной энергии и НАСА Должны были работать совместно, и Гарри Фингер был назначен его первым директором. Фингер принял решение отложить работы по RIFT и определил чёткие цели для ЯРД, которые должны были быть достигнуты.

Фингер выбрал фирмы Аэроджет и Вестингауз для разработки двигателя NERVA. SNPO зависел от Лос-Аламосской лаборатории, поставлявшей технологии для NERVA как часть проекта Rover. SNPO выбрал дающую 75 000 фунтов тяги конструкцию ЯРД KIWI-B4, как основу для 52-дюймовой NERVA NRX. Вторая фаза проекта Rover стала называться Phoebus, а третья стала известна как Pewee, продемонстрировав более высокую мощность, плотность распределения мощности и более долгоживущие топлива, но эти программы не относились к NERVA. Рабочая конструкция NERVA была основана на KIWI; к тому времени программа Pewee, начавшая испытываться в программе «Аполлон», была в значительной степени сокращена администрацией Никсона. Планы по отправке людей на Луну и Марс были отложены на неопределённый срок.

Почти все исследования NERVA, его проектирование и изготовление проводилось в Лос-Аламосской лаборатории. Тестирование проводилось на большой установке, специально построенной SNPO на ядерном полигоне в Неваде. Хотя в Лос-Аламосе испытали несколько двигателей KIWI и Phoebus в течение 1960-х, тестировать NERVA NRX/EST не начинали до февраля 1966 года.

Целью испытаний было:

1. Продемонстрировать возможность запуска и перезапуска двигателя без внешнего источника питания;
2. Оценить характеристики системы управления во время запуска, остановки, время восстановления и перезагрузки для различных начальных условий;
3. Исследовать стабильность работы системы в широком диапазоне;
4. Исследовать возможности компонентов двигателя, особенно реактора, во время переходного и установившегося состояния работы с несколькими перезапусками.

Реактор KIWI

Все тестовые задачи были успешно выполнены, и первый NERVA NRX эксплуатировался в течение почти 2 часов, в том числе 28 минут на полную мощность. Он превысил время работы предыдущего реактора KIWI почти в два раза.

Второй двигатель NERVA, NERVA XE, был разработан так, чтобы прийти как можно ближе к полной системе полета, вплоть до использования турбонасоса. Компоненты, которые не влияют на производительность системы, было решено выбирать из того, что было доступно на полигоне, чтобы сохранить деньги и время, а также была добавлена радиационная защита для защиты внешних компонентов. Двигатель был переориентирован для работы в отсеке пониженного давления, частично имитирующем работу в вакууме.

Целью испытаний NERVA NRX/EST было:

1. Продемонстрировать оперативные возможности двигателя;
2. Показать, что технологические сложности больше не являются барьером для полёта ракеты с ЯРД;
3. Продемонстрировать полностью автоматический запуск двигателя.

Цели также включали испытания нового устройства на полигоне для его квалификации и принятия. Общее время работы двигателя составило 115 минут, произведено 28 пусков. НАСА и SNPO заявили, что испытания «подтвердили, что ядерный двигатель подходит для применения космической техники и в состоянии работать с удельным импульсом в два раза больше чем химическая система». Двигатель считался пригодным для полёта на Марс, планировавшегося НАСА.

Программа Rover/NERVA составила 17 часов работы двигателей, включая 6 часов при температуре выше 2000 К. Хотя двигатель, турбины и бак для жидкого водорода никогда не собирались в одно устройство, NERVA считался НАСА готовой к использованию на транспорте конструкцией. В Конгрессе произошёл небольшой политический кризис, так как программа исследования Марса создавала опасность для национального бюджета. Клинтон П. Андерсон, сенатор от штата Нью-Мексико, активно защищавший программу, тяжело заболел. Линдон Б. Джонсон, ещё один мощный сторонник освоения человеком космического пространства, решил не баллотироваться на второй срок и был значительно политически ослаблен. Финансирование программы было несколько сокращено в 1969 году, а новая администрация Никсона сократила его ещё больше в 1970-м, прекратив производство ракет «Сатурн» и отменив полёты по программе «Аполлон» после «Аполлона-17». Без ракеты Saturn S-N, которая должна была выносить NERVA на орбиту, В Лос-Аламосе продолжали программу Rover ещё несколько лет с двигателями Pewee и Nuclear Furnace вплоть до 1972 года.

Наиболее серьёзным инцидентом во время испытаний был взрыв водорода, при котором два сотрудника получили травмы ног и барабанных перепонок. В 1959 году жидкий водород случайно вышел из двигателя; реактор перегрелся и его осколки разлетелись по пустыне Невада. Персонал после трёхнедельного ожидания собрал их без происшествий.

Конструкция NERVA