О РАБОТЕ И ЖИЗНИ.
Часть 6
АВАРИЯ
Между тем в 1981 году в КБ химавтоматики и Физико-энергетическом институте были проделаны все сборочные и контрольные операции и физические калибровки с реактором ЯРД модели 11Б91 №2. Осенью были проведены его холодные гидродинамические испытания в НИИ тепловых процессов, и ЯРД №2 был доставлен на полигон.
Проверки и подготовка к его пуску шли по уже отработанной схеме, как с аппаратом №1 в 1978 году. Персонал экспедиции 20, участвующий в проведении испытаний, был передан под оперативное подчинение Главному инженеру объекта ИВГ Объединенной экспедиции. Были созданы совместные бригады для обработки и анализа измеряемых параметров, составления отчетов. Наша группа стала тесно сотрудничать с лабораторией 242 Объединённой экспедиции, фактически на время вошла в нее. Мы совместно подготовили к пуску два основных программно-методических документа – программу пуска и анализ безопасности пуска. Программой первого пуска этого реактора предполагалось выведение его на 30% уровень по мощности и 80% уровень по температуре водорода и отработка этого режима в течение 5 минут.
Подготовка стендовых систем и реактора была завершена, холодный пуск на водороде прошел успешно, все регламентирующие документы утверждены. Пусковая комиссия во главе с директором Объединённой экспедиции Денискиным разрешила проведение пуска при соответствующих метеоусловиях. Как обычно посмотреть на испытания ЯРД приехало много представителей Минобщемаша, Минсредмаша, предприятий-смежников. На площадке стало тесновато. В зимних условиях подходящей погоды ждать пришлось примерно неделю, и, наконец, на 24 января был назначен день пуска.
Не участвующий в пуске персонал был вывезен с площадки в городок. Мы с Осиповым были приставлены в качестве поясняющих к приехавшему на пуск заместителю начальника НИИ тепловых процессов Кочанову В.Я. и находились на командном пункте системы радиационной безопасности в 3-х километрах от технической зоны. У этого командного пункта на третьем этаже часть стены, обращенной к техзоне, была стеклянной, и через нее можно было наблюдать за ходом пуска, видеть факел выхлопной струи из реактора, а через бинокль осматривать верхнее оборудование рабочего места. В помещении была проведена трансляция команд из центрального пункта управления пуском.
В запланированное время пуск начался как обычно, и, слушая по трансляции команды, мы через стеклянную стену наблюдали за поднимающимся на 20-метровую высоту факелом горящего водорода, истекающим из сопла ядерного ракетного двигателя. До нас доносился гул или точнее рев реактивной струи работающего ядерного ракетного двигателя. Примерно через минуту после вывода реактора на заданный уровень мощности в бледно-желтом факеле выхлопной струи внезапно возникла ярко красная вспышка, и факел резко осел. По трансляции мы услышали сообщение ведущего пуск об аварийном останове и переходе на систему аварийного расхолаживания реактора. Через минуту видимый факел горящего водорода погас, произошел автоматический переход на расхолаживание реактора азотом, которое продолжается обычно несколько часов.
Через час стало известно следующее. На основном режиме пуска неожиданно сработала автономная аварийная защита из-за снижения давления водорода в одном из технологических каналов реактора. Аварийная защита привела в действие автоматику гашения нейтронной мощности реактора и его расхолаживания через аварийные газовые магистрали. Операторы сразу же заметили, что на главном щите и контрольных дисплеях операторов «ушли в нуль» показания всех датчиков давления и температуры аварийного технологического канала. Это могло быть только в случае обрыва кабелей всех измерительных цепей этого канала.
Проведенный через час визуальный осмотр сопловой части реактора с кабины козлового крана специалистами дозиметрической разведки подтвердил худшие опасения. В реакторе этот технологический канал отсутствовал, он был выброшен через сопло вследствие обрыва корпуса самого канала. Но это еще было не все. После завершения расхолаживания попытка консервации реактора путем закрытия сопла крышкой и заполнения его полостей азотом показала негерметичность корпуса реактора. Визуально удалось установить, что корпус реактора треснул в районе входного коллектора водорода.
Средствами радиационной разведки были организованы поиски выброшенного из реактора технологического канала на территории техзоны, и он, вернее его обломки и начинка из урансодержащих топливных элементов были найдены рассеянными в некотором секторе техзоны. Вообще, ситуация с выносом одного или нескольких технологических каналов из реактора в процессе пуска гипотетически рассматривалась в предпусковом анализе аварийных ситуаций и закладывалась в алгоритм аварийной защиты. Система аварийной защиты сработала, в данном случае, безупречно.
Что же касается причины обрыва корпуса технологического канала, то для ее установления привлекались данные всех измерений параметров реактора на пуске, результаты осмотра обломков корпуса канала, осмотра самого реактора после соответствующей выдержки на «высвечивание», изучения гидродинамических характеристик этого технологического канала, полученных в ходе его предпусковых продувок. Все эти данные свидетельствовали, что ни сам канал, ни его корпус из стали не были дефектными или сильно отличающимися по характеристикам от других технологических каналов.
В конце концов пришли к мнению, что причиной разрыва корпуса технологического канала стали трещины в корпусе реактора и возникшая, вследствие этих трещин, деформация корпуса реактора. На корпус реактора опирались своими корпусами технологические каналы. Видимо, эта деформация привела к наибольшей перегрузке или растяжению корпуса аварийного технологического канала, который лопнул, а поток водорода вынес обломившуюся часть технологического канала с топливными элементами через сопло ядерного ракетного двигателя в атмосферу.
Неудачное испытание ЯРД модели 11Б91 №2 сильно обескуражило его разработчиков и заказчиков ядерного ракетного двигателя. После полугодовой паузы на анализ результатов пуска было решено дальнейшие испытания этого реактора не продолжать, хотя трещины в корпусе можно было заварить как в первом аппарате. Забраковали и отправили на металлографические исследования и корпус реактора и корпуса нескольких технологических каналов, входящих в состав активной зоны этого реактора.
Складывалось впечатление, что сталь, примененная для корпуса реактора, в среде водорода под действием интенсивного ионизирующего излучения теряет прочность. Работа инженера Герасина, который к этому времени смонтировал установку для исследования влияния на прочность наводораживания и облучения сталей, неожиданно получила актуальность. Исследования курировали и в них были заинтересованы специалисты-конструкторы из КБ химавтоматики, у которых на подходе к испытаниям был аппарат №3 из серии реакторов ЯРД модели 11Б91.
Но после фиаско со вторым аппаратом вопрос о дальнейших испытаниях ЯРД повис в воздухе. К тому же Иевлев В.М., главный идеолог ЯРД, и Костылев, главный проталкиватель работ по ЯРД через Министерство, тоже, похоже, в этот период были в замешательстве. О сворачивании программы создания ядерных ракетных двигателей тогда еще прямо не говорилось, так как раскрученный маховик работ по этой программе работал вовсю. Велись интенсивные испытания элементов активной зоны реактора ЯРД модели 11Б91 на реакторах РВД и ИВГ, на создание стенда и двигателя работали целые подразделения в НИИ и КБ Минобщемаша и Минсредмаша. В НИИ химии и механики на водородном стенде шла отработка турбонасосного агрегата, сопла, регуляторов и двигательной автоматики ЯРД.
Отчеты по программе создания ядерного ракетного двигателя составляли горы, только вот реальных ощутимых результатов было до обидного мало. Либо испытания завершались неудачно, либо требовались все большие средства на новые исследования, проекты и работы по ним, растягивающиеся на годы. А результат сверху требовали немедленно и, по возможности, более громкий. Деньги на программу создания ЯРД размазывались, должного контроля за ходом программы не было, как, к примеру, при создании ядерного и ракетного оружия в 50-е годы. Дело катилось само собой, как все тогда в советской экономике. А может быть, создание ядерного ракетного двигателя было химерой, недостижимой технической задачей 20 века, как, например, создание термоядерного реактора
Короче, программа создания ядерного ракетного двигателя из приоритетных, каковой она была в 60-70-е годы, незаметно была задвинута на задний план. В Минобщемаше, например, гораздо более важной работой считалась разработка кислородно-водородного двигателя для космической системы «Энергия-Буран». Инженеры из КБ химавтоматики рассказывали, что у них в КБ работы по этому двигателю идут днем и ночью, министерские и ЦКовские работники не вылезают из цехов завода, контролируя ход работ. Испытания этого двигателя шли непрерывно, несмотря на аварии и неудачные исходы. Поэтому его смогли создать за сравнительно короткий срок в 5-6 лет.
Некоторые мои товарищи в спорах и дискуссиях, доказывали, что создание ядерного ракетного двигателя вообще тупиковая ветвь развития ракетной техники. Он (двигатель) никогда, даже созданный, не оправдает возлагающихся на него надежд, хотя бы в силу непомерных затрат на его создание. Такие мысли, например, излагал Цыганок, молодой ученый, кандидат технических наук, приехавший в экспедицию 20 из НИИ тепловых процессов в 1983 году. Умнейший парень, специалист на все руки, выпускник МФТИ и аспирантуры НИИТП, он приехал на полигон и по поручению Иевлева В.М. занялся здесь разработкой экспериментальной установки «Гекла» - упрощенного варианта энергоустановки на базе ЯРД схемы «В» с газообразной активной зоной реактора.
ЭНЕРГОУСТАНОВКА
Весной 1982 года новый десант молодых специалистов из МАИ и МВТУ был высажен на полигоне в экспедицию 20. В него входили Козлов, Савин, Биктаиров, Гунар, Савенко, Карев, Миронов, Чередниченко, Михеев, Колодий. Ребята были все разные по уровню подготовки, характерам, но в одном отличались от предыдущего выпуска 1981 года, почти все они считали свое распределение на работу на семипалатинский полигон неудачным, буквально, ссылкой, собирались отбыть здесь положенные три года и уехать. Особенно в этом мнении отличались Гунар, Савенко, Колодий.
За 1980-82 годы сдавались в эксплуатацию многие объекты, построенные для нашей экспедиции. В городке были сданы очередной жилой дом, гостиница. На площадке 10 приняты в эксплуатацию котельная, склад, пожарное депо, хранилище отработанного радиоактивного оборудования, вентцентр. Для эксплуатации этих сооружений набирался персонал, экспедиция росла численно. Но работ на стенде испытания ЯРД, на испытательном оборудовании, той работы, для которой собственно и предназначалась экспедиция 20, увы, было мало.
Рядом работала другая экспедиция, Минсредмашевская, которая захлебывалась в испытательной работе на реакторах РВД и ИВГ, но объединить действия или кадры обеих организаций мешали ведомственные барьеры или административные амбиции. Руководство нашей экспедиции и НИИ тепловых процессов в длительных перерывах между испытаниями реакторов ЯРД модели 11Б91 буквально выдумывало работу для основного персонала.
Так с лета 1982 года с подачи Костылева, озабоченного разработкой космической энергоустановки, в экспедиции 20 был организован сектор экспериментальных работ по изготовлению и испытаниям модельных и прототипных узлов энергоустановки, таких как турбина, генератор, преобразователи, холодильник-излучатель. Начальником сектора стал Лаппо В.В., до этого руководитель группы измерений, человек неуемной энергии, большей частью расходовавшейся вхолостую. Персонал и оборудование сектора разместились в здании пожарного депо, переоборудованном на ходу в экспериментальные лаборатории и участки.
В этот сектор была отдана большая часть молодых специалистов, пришедших в 1982 году, и часть работников группы измерений. На мой взгляд, было конечно роскошью организовывать на специализированном ядерном стендовом комплексе экспериментальные работы неядерного профиля. Это было либо необходимостью занять какой-то творческой работой персонал экспедиции 20 в условиях отсутствия основной работы, либо творческими амбициями Костылева, который хотел воспользоваться наличием в экспедиции грамотных кадров, великолепно налаженным снабжением материалами (нержавейкой, электротехническим и др. дефицитом), возможностями механического цеха, имеющимся парком измерительного и испытательного оборудования, чтобы с минимальными накладными расходами перейти от «бумажной» работы по энергоустановке к «железу».
Это Костылеву в какой-то мере удалось. Группа молодых специалистов под руководством Лаппо и Шаповалова и несколько опытных испытателей буквально через полгода приступили к экспериментам с модельными узлами униполярного генератора, гиперпроводящей обмоткой соленоида-статора, узлами съема тока с ротора генератора. Костылев, используя свое влияние в НИИ тепловых процессов, власть и давление на руководителей экспедиции Лазарева и Демянко, фактически заставил большую часть работников экспедиции 20 работать на тематику лаборатории 7. Даже наша группа теплофизики реактора и группа динамики реактора во главе с Шараментовым принимали участие в работах по энергоустановке. Нам достались схемные проработки и привязка энергоустановки по параметрам к реактору ЯРД модели 11Б91, расчеты по теплофизике и динамике процессов в узлах энергоустановки.
Проектная проработка космической энергоустановки на базе реактора ЯРД модели 11Б91 была проделана в 1979-81 годах в лаборатории 7 НИИ тепловых процессов. Энергоустановка предназначалась для орбитальной станции-платформы. Она планировалась с двумя режимами работы. В режиме малой мощности она обеспечивала электропитанием бортовое оборудование станции в течение нескольких лет её существования. В режиме большой мощности энергоустановка должна была в течение короткого времени запитывать энергией лазер или ускоритель заряженных частиц.
Энергетическая установка представляла собой турбомашинный преобразователь энергии ядерного реактора в электрическую энергию. И турбина и генератор такой энергоустановки были, конечно, уникальными, предназначенными работать в космосе. Турбина должна была работать на водороде, нагреваемом в реакторе до 1500-2000 град. При работе на малом режиме водород перемещался по замкнутому контуру с охлаждением в специальном холодильнике-излучателе. На большом режиме мощности водород выбрасывался через систему сопел, уравновешивающих друг друга, чтобы не разориентировать космическую станцию.
Генератор предполагался униполярным с гиперпроводящим статором-соленоидом и плазменным или жидкометаллическим токосъемом. В промышленности, даже авиационной и ракетно-космической, ничего подобного даже в опытном порядке не производилось. Поэтому все элементы энергоустановки подлежало еще разрабатывать экспериментальным путем, отрабатывать на моделях, сначала на более низких параметрах. За эту работу горячо взялся в экспедиции 20 Лаппо В.В. с группой молодых ребят. Башкиров за полгода подготовил экспериментальную установку с фрагментом гиперпроводящего статора генератора для испытаний в среде жидкого водорода. В дальнейшем, бывая в лаборатории 7, я неоднократно убеждался в потрясающей работоспособности и высокой инженерной квалификации Володи Башкирова. Он пришел в 7-ю лабораторию НИИТП в 1982 году из МВТУ и за 6-7 лет стал практически правой рукой Костылева по экспериментальной работе.
В начале 80-х годов в обеих экспедициях стал нарастать кризис кадров. Молодые специалисты, в массовом порядке набранные в Объединённую экспедицию и экспедицию 20 в начале 70-х годов, стали остро ощущать потребность творческого и административного роста. Некоторые выбивались в начальники лабораторий, отделов, но это были единицы, так как расширения штатов практически не происходило. Часть специалистов, особенно работавшая в службах, не удовлетворялась и нетворческим характером работы, не видела перспектив служебного роста, перспектив обзаведения жильем в городах европейской части страны.
А ведь в большинстве своем это были незаурядные люди. Во-первых, мы были выпускниками престижных ВУЗов, лучших технических ВУЗов страны, таких как МВТУ, МАИ, МИФИ, ТПИ, физфаков университетов. Во-вторых, мы прошли через сито отбора по морально-этическим характеристикам для работы на закрытом полигоне. В-третьих, большинство из нас были люди с повышенным честолюбием, обусловленным образованием, происхождением, воспитанием. О кадровом составе экспедиций говорит хотя бы тот факт, что за 20 лет работы на полигоне я наблюдал лишь единичные случаи серьезных проступков среди работников. В нашей среде фактически не было преступлений, пьянства, этого бича любого общества.
В сложившихся условиях многие специалисты видели для себя выход в переводе на работу на открывающиеся АЭС, научные центры, связанные с ядерно-физической тематикой, в европейской части территории СССР. Особой популярностью для перевода пользовались Игналинская, Чернобыльская, Калининская АЭС, НИИ атомных реакторов в Димитровграде, филиал Института им. Доллежаля под Свердловском, Ленинградская АЭС в Сосновом бору. Работа на АЭС считалась престижной и достаточно высоко оплачивалась.
Неудивительно, что в начале 80-х годов у нас стал нарастать поток отъезжающих из экспедиций в эти центры старших и ведущих инженеров, особо квалифицированных испытателей. Обычно на разведку туда уезжал какой-нибудь руководитель службы, становился там начальником и организовывал серию приглашений на работу для своих товарищей. Так образовались колонии «семипалатинцев» на Игналинской АЭС в Литве, Калининской АЭС, в НИИ физики высоких энергий в Протвино.
В лабораториях Объединённой экспедиции и научных секторах экспедиции 20 инженеры связывали свое будущее с перспективами научного роста. К этому времени за 6-8 лет работы накапливались и обобщались научные результаты. Обмен научной информацией между экспедициями шел только на неофициальном уровне, а все официальные научные мероприятия шли по ведомственным вертикалям Объединённая экспедиция – ПНИТИ – Минсредмаш и экспедиция 20 – НИИ тепловых процессов - Минобщемаш.
От ребят из 242-й лаборатории я узнавал, что они регулярно участвуют в научно-технических семинарах, проводимых в Подольском научно-исследовательском технологическом институте, Курчатовском институте, Физико-энергетическом институте, пишут статьи в отраслевые научные сборники, поступают в аспирантуру ПНИТИ. Появились в Объединенной экспедиции и свои ученые. В 1981 году защитил кандидатскую диссертацию физик Черепнин, в 1982 году теплофизик Щербатюк, ставший к этому времени Главным инженером реактора ИВГ.
В экспедиции 20 тоже к тому времени было 4 аспиранта, из них двое, Осипов, Шараментов, имели реальные шансы защитить кандидатские диссертации через 3-4 года. Мы стали посещать открытые или полузакрытые межотраслевые научные конференции, посвященные проблемам использования атомной энергии в энергетике, космосе, военной сфере. Посещали, к сожалению, только слушателями, потому что представить доклад практически было невозможно из-за секретности работ нашего направления. Статьи и доклады по нашей тематике можно было доложить только на закрытых отраслевых научно-технических семинарах и конференциях.
ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Меж тем 1979-83 годы были пиковыми в интенсивности испытательных работ по тематике ЯРД. Но после неудачного испытания аппарата №2 реактора ЯРД модели 11Б91 в 1982 году интенсивность работ по ЯРД и интерес к использованию его стал снижаться. Центр тяжести работ стал перемещаться в сторону использования реактора ЯРД в качестве космической энергоустановки. Соответственно, стали отрабатываться на стендах энергетические, а не двигательные режимы работы реактора и элементов его активной зоны. Эти режимы были значительно менее напряженными для конструкции реактора, что вселяло надежду на скорую и успешную отработку этой задачи.
Интерес к созданию энергетической установки на космической станции диктовался сверху желанием адекватного ответа на провозглашенную в 1983 году в США программу так называемых «звездных войн». По этой программе США размещали в космосе сеть спутников-платформ для разведки и уничтожения советских баллистических ракет в случае ракетного нападения. Нашим ответом должно было стать создание в околоземном пространстве другой сети спутников-платформ для уничтожения или вывода из строя, например, ослепление лазерным лучом, американских спутников.
Энергетика таких спутников-платформ требовала мощностей от сотен киловатт до сотен мегаватт. Химические источники энергии не годились из-за значительных расходов рабочего тела (горючего и окислителя), солнечные были маломощными. Использование ядерных реакторов в этом случае было наиболее подходящим. Реакторы работают в широком диапазоне выдаваемой энергии, легко регулируются. Запас рабочего тела при разомкнутом цикле работы значительно меньше, чем в химических источниках энергии. При замкнутом цикле работы энергоустановки запас рабочего тела вообще не лимитирует время работы энергоустановки. Конечно, ядерные энергоустановки (без учета веса рабочего тела) проигрывали в весовом отношении химическим и солнечным, да добавлялся еще, из-за наличия радиации, дополнительный вес защиты приборов или экипажа спутника. Но в общем балансе при значительном времени работы выигрыш в весе ядерной энергоустановки перед химической был неоспорим.
Использование ядерных энергоустановок в космических аппаратах началось уже с конца 60-х годов. Это были либо радиоизотопные источники энергии, либо реакторы прямого преобразования тепла. Их электрическая мощность не превышала нескольких киловатт. В США они использовались, главным образом, в аппаратах исследования дальнего космоса для полетов на Марс, Юпитер. В СССР было создано несколько реакторов-преобразователей, таких как Тополь, Бук, Енисей, для обеспечения энергией длительно функционирующих тяжелых спутников. Один из таких спутников серии «Космос» с ядерным реактором-преобразователем упал на территорию северной Канады в 1978 году, чем вызвал возмущение международных экологических движений.
У радиоизотопных источников энергии и реакторов прямого преобразования, кроме низкой мощности, мал и КПД. Свыше 90% вырабатываемого тепла не преобразуется в электричество и его необходимо куда-то сбросить. А задача сброса излишнего тепла в космическом аппарате не менее сложна, чем его получение и преобразование. Ведь вакуум не проводит тепло иначе как излучением. Поэтому, чем больше мощность реактора-преобразователя, тем больший вес и размеры занимает холодильник-излучатель в составе космического аппарата. При мегаваттных мощностях холодильник-излучатель может быть соизмерим по весу и превосходить в несколько раз по размерам сам спутник. Поэтому велик интерес к ядерно-энергетической установке непрямого (машинного) преобразования, в которой КПД преобразования тепла в электрический ток может достигать 70%. При разомкнутом цикле работы энергоустановки излишнее тепло сбрасывается вместе с отработанным рабочим телом и холодильник-излучатель не нужен вовсе.
Турбогенератор такой установки для достижения требуемой мощности и КПД тоже является непростой машиной, как в схемном решении, так и конструктивно из-за высоких температур, давлений, оборотов ротора и, главное, ограничений по массе. Аналогов ему, как отмечено выше, в нашей аэрокосмической технике не было.
Костылев А.М. в 1980-83 годы интенсивно пробивал финансирование работ по созданию космической энергоустановки, сколачивал кооперацию предприятий, организовывал проведение исследовательских работ. В интересах этой темы был принят и ряд организационных мероприятий в экспедиции 20. В экспедицию поступали молодые специалисты с кафедры энергоустановок МВТУ, приехали два ведущих специалиста по энергетическим установкам из НИИ машиностроения, г. Нижняя Салда Свердловской обл., Зиборов, Сынков. В начале 1984 года руководителем экспедиции 20 был назначен Фисенко В.Б., мой бывший начальник группы в середине 70-х годов в бытность работы в лаборатории 242 Объединённой экспедиции. После перевода в Объединенную экспедицию в 1976 году он дослужился там до заместителя Главного инженера.
Фисенко был грамотным инженером, очень честолюбивым человеком, а по складу ума генератором идей. Он прошел инженерную школу в НИИ тепловых процессов, а административную в Объединенной экспедиции, обладал твердым характером. Фисенко поставил задачу, вернее ему поставило задачу Руководство НИИ тепловых процессов в кратчайшие сроки закончить строительство, монтаж и наладку 2-го рабочего места на объекте «Байкал-1» под испытания реактора ЯРД модели 11Б91. Он предложил доработать устаревший проект 2-го рабочего места, выпущенный в 1972 году, с целью упрощения и внедрения современного приборного оборудования.
На проектирование и монтаж жидководородного комплекса для испытаний ядерного ракетного двигателя от 20-й экспедиции были назначены два молодых и амбициозных инженера Болотов Н. и Чередниченко С.. Ведущими по переводу всех приборных стендовых систем 2-го рабочего места на новую аппаратурную базу были назначены Зиборов Г. и Тюрин В. Практически все инженеры экспедиции 20 привлекались к работе с проектировщиками из Новосибирского филиала Государственного института комплексного проектирования. Им поручалось составлять техзадания, согласовывать проектные решения, курировать строительно-монтажные работы. Начались затяжные командировки в Новосибирск, иногда там, в проектном институте, собиралось по 10-15 инженеров экспедиции 20. Наша группа привлекалась к курированию проектных и монтажных работ по системам измерений и управления.
Октябрь 2013 г.