SSSR je, kao i glavni hladnoratovski suparnik, želio raspolagati vlastitim raketnim motorima na nuklearni pogon. U svojim pokušajima Sovjeti su ustrajali puno dulje od Amerikanaca, no glavni projekt RD0410 prekinut je 1988. godine, vjerojatno i zbog reakcije na katastrofu u Černobilu

Nakon raspada SSSR-a 1991. godine na vidjelo su polako počele izlaziti najveće sovjetske tajne. Među njima bili su i projekti razvoja nuklearnih raketnih i protočno-mlaznih (ramjet) motora. O tim se projektima nije puno znalo ni unutar SSSR-a, a zapadne obavještajne službe jedva su znale i da postoje. Razlog je bio, osim visokog stupnja tajnosti, što su svi bili u ranoj fazi razvoja. To je značilo i relativno mali broj uključenih ljudi, dakle i malu vjerojatnost da će tajne dospjeti do obavještajnih službi.

SSSR je početkom 1950-ih bio vodeća zemlja u razvoju raketne tehnologije, ponekad i “dva koraka” ispred SAD-a. Ne čudi stoga da se ideja o razvoju raketnih motora s nuklearnim pogonom počela razvijati neovisno o takvoj ideji u Sjedinjenim Državama. Početak razvoja sovjetskog nuklearnog raketnog motora seže u 1947. godinu i projekt neobično mladog i talentiranog termofizičara Vitalija Mihajloviča Ijevleva (1926. – 1990.). Nije potrebno naglašavati da je takva ideja tad zvučala kao znanstvena fantastika, no Ijevlev je dobio snažnu potporu najvećih sovjetskih znanstvenih autoriteta. Bio je to “otac” sovjetske nuklearne bombe Igor Vasiljevič Kurčatov (1903. – 1960.); akademik i budući predsjednik Akademije znanosti SSSR-a Mstislav Vsevolodovič Keldiš (1911. – 1978.), te vjerojatno najvažniji – čelnik sovjetskog raketnog, a potom svemirskog programa Sergej Pavlovič Koroljov (1907. – 1966.). S takvom potporom Ijevlev je dobio sredstva za razradu teorijskih osnova nuklearnog raketnog pogona te procjene njegove izvedivosti. Njegov je zaključak bio da je izrada takvog pogona moguća, ali da je tad dostupni materijali ne omogućuju. To se vrlo brzo promijenilo jer je SSSR u poratnim godinama doveo iz Istočne Njemačke brojne stručnjake za sva znanstvena i industrijska područja, među ostalim i za metalurgiju.

Birokratski potez

Zahvaljujući njemačkom znanju sovjetska je metalurgija snažno napredovala, dovoljno da već 1953. godine počne program razvoja “krilatih raketa s protočnim motorom s korištenjem atomske energije”. Dvije godine nakon toga na institutu NII-1 Ministarstva zrakoplovne industrije SSSR-a (danas Istraživačko središte Mstislava V. Keldiša) osnovana je radna skupina s ciljem teorijske razrade mogućnosti izrade dvaju tipova nuklearnog raketnog motora. Raketni motor nazvan tip A trebao je imati specifični impuls od 850 do 900 sekundi, a tip B ne manje od 2000 sekundi. Tip A rabio bi se za projektile srednjeg dometa, a tip B za projektile vrlo velikog dometa. Vitalij Ijevlev imenovan je čelnikom skupine.

Već je iduće godine (1956.) donesena uredba Vijeća ministara SSSR-a (sovjetska vlada) o početku projekta razvoja “balističke rakete dalekog dometa s nuklearnim motorom”. Tim je, prije svega, otvoren put za znatno povećanje financiranja programa. S obzirom na složenost, projekt je podijeljen na nekoliko skupina. Izrada projektila pripala je Sergeju Koroljovu. Za izradu nuklearnog raketnog motora odabran je Valentin Petrovič Gluško (1908. – 1989.), a za projektiranje nuklearnog reaktora Aleksandr Iljič Lejpunski (o njemu i u VIII. dijelu podlistka: Mjasiščev M-60 – prvi sovjetski pokušaj, HV br. 641.). Odabir i izobrazba velikog broja stručnjaka za taj projekt dodijeljeni su Moskovskom zrakoplovnom institutu.

Kako Koroljov nije mogao početi projektiranje projektila bez motora, a razvoj motora nije mogao početi prije no što bude izrađen nuklearni reaktor, najveći je izazov bio na timu koji je predvodio Gluško. Naravno, sve se moglo teorijski projektirati i izračunati, no u vrijeme dok prvi prototip nuklearnog reaktora još nije uspješno proradio, sve ostalo bilo bi bacanje novca. Do tog je zaključka došla i sovjetska vlada pa je 1958. po tipičnom “modelu prekomjerne birokracije” donijela novu odluku o razvoju nuklearnog raketnog motora, s tim da je taj put nadzor nad razvojem dodijeljen Keldišu, Kurčatovu i Koroljovu. Te je godine na Obrazovnom poligonu broj 2 Oružanih snaga SSSR-a počela izgradnja postrojenja i objekata namijenjenih testiranju novog motora.

Što zapravo razvijamo?

Prije nego što se moglo pristupiti projektiranju prvog reaktora, projektanti su morali riješiti dvojbe vezano uz princip rada. Shema A predviđala je reaktor s klasičnom jezgrom, na kruta goriva te s izmjenjivačima topline. Shema B predviđala je reaktor s jezgrom i plinovitim gorivom: to je značilo da bi se nuklearno gorivo nakon paljenja reaktora pretvorilo u plazmu. Toplinska energija izravno bi se prenosila na pokretač (plin). Nije nikakvo čudo da je stručna komisija na kraju odabrala shemu A, ponajviše zbog dostupnih materijala i tehnoloških rješenja.

Vitalij Ijevlev predložio je da se sve komponente budućeg nuklearnog raketnog motora razvijaju i testiraju odvojeno, ali po unaprijed određenim smjernicama i standardima. To se prije svega odnosilo na razvoj i testiranje nuklearnog reaktora. S druge strane, to je omogućilo da se u razvoj uključi veći broj instituta i laboratorija koji su dobili specifične zadatke razvoja komponenti, a da pritom nisu morali znati za što će poslužiti.

Projektanti su morali riješiti i problem testiranja komponenti prije ugradnje u reaktor. Razvijena su tri koraka. Prvi je bio intenzivno teorijsko provjeravanje i testiranje na modelima. Potom bi se sve komponente testirale u laboratorijima u približno jednakim uvjetima rada kakvi bi bili u reaktoru (naravno, bez radijacije). Tek nakon toga bile bi odobrene za ugradnju u reaktor. Iako se takav proces razvoja danas čini sam po sebi razumljiv, u Sovjetskom Savezu 1950-ih bio je velika novost. Dotad su projektanti svega, pa i aviona, izračune provjeravali na prototipovima te na temelju toga unosili ispravke i poboljšanja.

Poseban “infrastrukturni” segment koji je tek trebalo razviti bili su laboratoriji za termička ispitivanja materijala zato što su proračuni pokazivali da bi se jezgra reaktora mogla zagrijati na više od 2000 ºC. Konstruirani su stoga brojni plamenici s plazmom koji su mogli postizati temperature od 3000 ºC.

“Shema A”

Dakle, ključne osobe projekta odlučile su da će se budući sovjetski nuklearni raketni motor temeljiti na rješenju Shema A. To je značilo klasičnu reaktorsku jezgru čija će se toplina na plinoviti radni fluid prenositi preko izmjenjivača topline. Iako su projektanti nastojali što više pojednostaviti projekt, on je i dalje bio golem izazov. To se prije svega odnosilo na materijale za jezgru reaktora. Unatoč velikom napretku, sovjetska metalurgija nije imala materijale koji će istodobno moći izdržati vrlo visoke temperature i ionizirajuće zračenje. Kod klasičnih nuklearnih reaktora u podmornicama i elektranama to se rješavalo neprestanim ubacivanjem hladne vode, no jezgra reaktora raketnog motora morala bi barem nekoliko minuta izdržati golema naprezanja. Stoga su u laboratorijima na institutima i fakultetima počela opsežna istraživanja mogućnosti razvoja odgovarajućih slitina. Nositelj programa bio je institut NII-1.

U laboratorijima su testirani materijali poput volframa, molibdena, grafita (heksagonska modifikacija ugljika), karbida otpornih na vrlo visoke temperature, različitih keramika itd. Razvijani su i testirani i različiti premazi koji bi dodatno štitili od visokih temperatura.

Dio projekta odnosio se na gorivu šipku duljine oko metra i promjera 50 mm. Ona se punila kombinacijom uranija-235 (90 %), niobija (metal otporan na vrlo visoke temperature) i cirkonijeva karbida (visoka otpornost na zračenje). Ta je smjesa oblikovana u četverokutnu šipku duljine 100 i širine 2,2 milimetra. Za praćenje nuklearne reakcije u jezgri služile su šipke sa smjesom uranija i grafita. Od nje su izrađivane šesterostrane šipke duljine 100 do 200 mm i širine 1 mm.

Testiranja komponenti budućeg reaktora pokazala su da će jezgra moći dostići temperaturu od 2800 ºC, ali i da će moći stabilno raditi najmanje 850 do 900 sekundi. To je bilo dovoljno da se donese odluka o početku projektiranja prvog sovjetskog nuklearnog raketnog motora.

Isključivo u svrhu testiranja materijala, tehnologija i tehničkih rješenja odlučeno je da se prvo izradi motor potiska tek 36 kN. Odobrenje o razvoju (što znači početak financiranja) doneseno je 1966. godine. Odlučeno je da će prvo biti izrađen demonstrator tehnologije 11B91 na kojem će se testirati ponajprije nuklearni reaktor, a zatim raketni motor RD0410. Njegov najvažniji dio bio je nuklearni reaktor IR-100, tj. Istraživački reaktor za grupna istraživanja (TVEL – IRGIT).

Najkompaktniji u povijesti

Prvotno su odobrena sredstva za izradu dvaju motora. Jedan je trebao poslužiti za testiranja na poligonu, a drugi su namjeravali ugraditi u testnu raketu. Međutim, 1970. godine odlučeno je da će motor biti testiran isključivo na poligonu. Za nositelja projekta odabran je Projektni ured za kemijsku automatiku iz Voroneža. Za razliku od SAD-a, koji je testiranja nuklearnih raketnih motora provodio na otvorenom, SSSR je odlučio da će to činiti u podzemnim bunkerima. Testiranja demonstratora 11B91 počela su 1977. godine. Postignuta je maksimalna snaga od 42 MW i temperatura vodika od 2227 ºC. Pritom nisu zabilježeni veći problemi s radom nuklearnog reaktora.

Bilo je to dovoljno za odobrenje razvoja motora RD0410. Iako je motor trebao biti tek nastavak razvoja demonstratora tehnologije, pokazalo se da će njegovo projektiranje i izrada biti (pre)velik tehnički izazov. Ono što su na poligonu bili odvojeni sustavi koje se moglo zasebno nadzirati, sad je trebalo smjestiti u kompaktni motor. I sve to trebalo je pouzdano raditi. Projektanti su razvoj RD0410 podijelili u nekoliko odvojenih cjelina. Najvažnija je bila nuklearni reaktor. Druga je cjelina spremnik za tekući vodik s pripadajućim pumpama i ventilima. Treću cjelinu činili su izmjenjivači topline i mlaznica. Ukupna visina motora bila je 3,5 m, a najveći promjer 1,6 m. Nuklearni reaktor bio je dug 800 i širok 550 mm pa je bio najkompaktniji reaktor ikad izrađen u SSSR-u. Zajedno sa zaštitom od radijacije masa je dosezala dvije tone. Projektirani potisak u vakuumu bio je 35,2 kN sa specifičnim impulsom od 8927 m/s. Predviđeno vrijeme rada bilo je jedan sat uz mogućnost deset pokretanja i gašenja. Međutim, kako je SSSR do početka 1980-ih razvio velik broj kemijskih raketnih motora koji su imali bolja svojstva, jedina iskoristiva uporaba RD0410 bili su letovi u svemir. Međutim, SSSR ih nije planirao. Zatim se 1986. dogodila tragedija u nuklearnoj elektrani u Černobilu. Službena odluka o prekidu razvoja RD0410 donesena je 1988. godine.

Tekst: Mario GALIĆ