Project Rover - Project Rover

kiwi

Kiwi A Prime na stanowisku testowym
Kraj pochodzenia	Stany Zjednoczone
Projektant	Laboratorium Naukowe Los Alamos
Producent	Laboratorium Naukowe Los Alamos
Podanie	Badania i rozwój
Następca	NERVA
Status	Na emeryturze
Silnik na paliwo ciekłe
Gaz pędny	Ciekły wodór
Wydajność
Ciąg (próżnia)	245 000  N (55 000  funtów siły )
Ciśnienie w komorze	3450 kilopaskali (500  psi )
I sp (vac.)	834 sekundy (8,18 km / s)
Czas palenia	480 sekund
Restartuje	1
Wymiary
Długość	140 centymetrów (54 cale) (rdzeń)
Średnica	80 centymetrów (32 cale) (rdzeń)
Reaktor jądrowy
Operacyjny	1959 do 1964
Status	Wycofany z eksploatacji
Główne parametry rdzenia reaktora
Paliwo ( materiał rozszczepialny )	Wysoko wzbogacony uran
Stan paliwa	Solidny
Widmo energii neutronów	Termiczny
Podstawowa metoda kontroli	Bębny sterujące
Główny moderator	Grafit jądrowy
Pierwotne chłodziwo	Ciekły wodór
Wykorzystanie reaktora
Moc (termiczna)	937 MW
Bibliografia
Bibliografia
Uwagi	Dane dotyczą wersji Kiwi B4E.

Project Rover to amerykański projekt mający na celu opracowanie rakiety jądrowo-termicznej, który działał od 1955 do 1973 roku w Los Alamos Scientific Laboratory (LASL). Zaczęło się jako projekt Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych mający na celu opracowanie górnego stopnia o napędzie atomowym dla międzykontynentalnego pocisku balistycznego (ICBM). Projekt został przekazany NASA w 1958 roku po tym, jak kryzys Sputnika wywołał wyścig kosmiczny . Zarządzał nim Space Nuclear Propulsion Office (SNPO), wspólna agencja Komisji Energii Atomowej (AEC) i NASA . Project Rover stał się częścią projektu Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application ( NERVA ) NASA i odtąd zajmował się badaniami nad projektem reaktora rakietowego, podczas gdy NERVA zajmował się ogólnym rozwojem i rozmieszczeniem silników rakietowych oraz planowaniem misji kosmicznych.

Reaktory jądrowe dla Project Rover zostały zbudowane w LASL Technical Area 18 (TA-18), znanej również jako Pajarito Canyon Site. Zostały tam przetestowane przy bardzo niskiej mocy, a następnie wysłane do Strefy 25 (znanej jako Jackass Flats) w miejscu testowym AEC w Nevadzie . Testowanie elementów paliwowych i innych materiałów zostało przeprowadzone przez LASL N-Division w TA-46 przy użyciu różnych pieców, a później niestandardowego reaktora testowego, pieca jądrowego. Projekt Rover zaowocował opracowaniem trzech typów reaktorów: Kiwi (1955–1964), Phoebus (1964–1969) i Pewee (1969–1972). Kiwi i Phoebus były dużymi reaktorami, podczas gdy Pewee był znacznie mniejszy, zgodnie z mniejszym budżetem dostępnym po 1968 roku.

Reaktory były zasilane wysoko wzbogaconym uranem , z ciekłym wodorem stosowanym zarówno jako paliwo rakietowe, jak i chłodziwo reaktora. Grafit jądrowy i beryl zastosowano jako moderatory neutronów i reflektory neutronów . Silniki sterowane były za pomocą bębnów z grafitem lub berylem po jednej stronie i borem ( trucizną jądrową ) po drugiej, a poziom energii regulowano obracając bębny. Ponieważ wodór działa również jako moderator, zwiększenie przepływu gazu pędnego zwiększa również moc reaktora bez konieczności regulacji bębnów. Testy Project Rover wykazały, że jądrowe silniki rakietowe można bez problemu wielokrotnie wyłączać i ponownie uruchamiać, a także grupować, jeśli pożądany jest większy ciąg. Ich impuls właściwy (wydajność) był z grubsza dwukrotnie większy niż w przypadku rakiet chemicznych.

Rakieta atomowa cieszyła się silnym poparciem politycznym ze strony wpływowego przewodniczącego Komisji Wspólnej Kongresu Stanów Zjednoczonych ds.Energii Atomowej , senatora Clintona P. Andersona z Nowego Meksyku (gdzie znajdował się LASL) oraz jego sojuszników, senatorów Howarda Cannona z Nevady i Margaret Chase Smith z Maine . To pozwoliło mu przetrwać wiele prób anulowania lotów, które stały się coraz poważniejsze w cięciu kosztów, które przeważały wraz z eskalacją wojny w Wietnamie i po zakończeniu wyścigu kosmicznego lądowaniem na Księżycu Apollo 11 . Projekty Rover i NERVA zostały odwołane z powodu ich sprzeciwu w styczniu 1973 roku i żaden z reaktorów nigdy nie latał.

Początki

Wczesne koncepcje

Podczas II wojny światowej , niektórzy naukowcy z Manhattan Project „s Los Alamos Laboratory , w tym Stana Ulama , Frederick Reines i Frederic de Hoffmann , spekulowali na temat rozwoju rakiet o napędzie atomowym, aw 1947 Ulam i Cornelius Joseph "CJ" Everett napisali artykuł, w którym rozważali użycie bomb atomowych jako napędu rakietowego. To stało się podstawą Projektu Orion . W grudniu 1945 roku Theodore von Karman i Hsue-Shen Tsien napisali raport dla Sił Powietrznych Armii Stanów Zjednoczonych . Chociaż zgodzili się, że nie jest to jeszcze praktyczne, Tsien spekulował, że rakiety o napędzie atomowym mogą pewnego dnia być wystarczająco potężne, aby wystrzelić satelity na orbitę.

W 1947 roku North American Aviation's Aerophysics Laboratory opublikowało obszerny artykuł, w którym przeanalizowano wiele problemów związanych z wykorzystaniem reaktorów jądrowych do napędzania samolotów i rakiet. Badanie było ukierunkowane w szczególności na samolot o zasięgu 16 000 kilometrów (10 000 mil) i ładowności 3600 kilogramów (8 000 funtów) i obejmował turbopomp , konstrukcję, zbiornik, aerodynamikę i projekt reaktora jądrowego . Doszli do wniosku, że wodór był najlepszym paliwem napędowym, a grafit byłby najlepszym moderatorem neutronów , ale przyjęli temperaturę roboczą 3150 ° C (5700 ° F), która przekraczała możliwości dostępnych materiałów. Wniosek był taki, że rakiety o napędzie atomowym nie były jeszcze praktyczne.

Publiczne ujawnienie energii atomowej pod koniec wojny wywołało wiele spekulacji, aw Wielkiej Brytanii Val Cleaver , główny inżynier działu rakiet w De Havilland i Leslie Shepard , fizyk jądrowy z University of Cambridge niezależnie rozważał problem jądrowego napędu rakietowego. Zostali współpracownikami iw serii artykułów opublikowanych w Journal of the British Interplanetary Society w 1948 i 1949 r. Nakreślili projekt rakiety o napędzie atomowym z wymiennikiem ciepła z litego rdzenia grafitowego . Niechętnie doszli do wniosku, że rakiety nuklearne są niezbędne do eksploracji kosmosu, ale nie są jeszcze technicznie wykonalne.

Raport Bussarda

W 1953 roku Robert W. Bussard , fizyk pracujący nad projektem energii jądrowej dla napędu samolotów (NEPA) w Oak Ridge National Laboratory , napisał szczegółowe opracowanie. Przeczytał pracę Cleavera i Sheparda, dzieło Tsien oraz raport inżynierów z Consolidated Vultee z lutego 1952 roku . Wykorzystał dane i analizy z istniejących rakiet chemicznych, a także specyfikacje istniejących komponentów. Jego obliczenia oparto na stanie techniki w zakresie reaktorów jądrowych. Co najważniejsze, w artykule przeanalizowano kilka zakresów i rozmiarów ładowności; Pesymistyczne wnioski Consolidated były częściowo wynikiem rozważenia tylko wąskiego zakresu możliwości.

W rezultacie, Nuclear Energy for Rocket Propulsion , stwierdziło, że wykorzystanie napędu jądrowego w rakietach nie jest ograniczone względami energii spalania, a zatem można stosować paliwa o niskiej masie cząsteczkowej, takie jak czysty wodór . Podczas gdy konwencjonalny silnik mógłby wytwarzać prędkość spalin 2500 metrów na sekundę (8300 stóp / s), silnik jądrowy napędzany wodorem mógłby osiągnąć prędkość spalin 6900 metrów na sekundę (22 700 stóp / s) w tych samych warunkach. Zaproponował reaktor z moderacją grafitu ze względu na zdolność grafitu do wytrzymywania wysokich temperatur i doszedł do wniosku, że elementy paliwowe będą wymagały płaszcza ochronnego, aby wytrzymać korozję powodowaną przez wodór.

Badanie Bussarda miało początkowo niewielki wpływ, głównie dlatego, że wydrukowano tylko 29 kopii, które zostały sklasyfikowane jako dane zastrzeżone i dlatego mogły być odczytywane tylko przez osobę posiadającą wymagane uprawnienia bezpieczeństwa. W grudniu 1953 roku został opublikowany w Oak Ridge's Journal of Reactor Science and Technology . Chociaż nadal był klasyfikowany, dał mu to szerszy obieg. Darol Froman , zastępca dyrektora Laboratorium Naukowego Los Alamos (LASL) i Herbert York , dyrektor Laboratorium Radiacyjnego Uniwersytetu Kalifornijskiego w Livermore , byli zainteresowani i powołali komitety do badania napędu rakietowego. Froman sprowadził Bussarda do Los Alamos, aby pomagał mu przez tydzień w miesiącu.

Zatwierdzenie

Studium Roberta Bussarda również przyciągnęło uwagę Johna von Neumanna , który utworzył komitet ad hoc ds. Napędu jądrowego pocisków rakietowych. Mark Mills , zastępca dyrektora w Livermore był jej przewodniczącym, a pozostałymi członkami byli Norris Bradbury z LASL; Edward Teller i Herbert York z Livermore; Abe Silverstein , zastępca dyrektora National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) Lewis Flight Propulsion Laboratory ; i Allen F. Donovan z Ramo-Wooldridge .

Po wysłuchaniu opinii na temat różnych projektów, komisja Millsa zaleciła kontynuację prac rozwojowych w celu wytworzenia jądrowego górnego stopnia dla międzykontynentalnego pocisku balistycznego (ICBM). York utworzył nowy oddział w Livermore, a Bradbury utworzył nowy, nazwany N Division w Los Alamos pod kierownictwem Raemera Schreibera , aby go kontynuować. W marcu 1956 r. Projekt uzbrojenia sił zbrojnych (AFSWP) zalecił przeznaczenie 100 mln USD (940 mln USD w 2019 r.) Na projekt silnika rakietowego w ciągu trzech lat dla dwóch laboratoriów w celu przeprowadzenia studiów wykonalności i budowy obiektów testowych.

Eger V. Murphree i Herbert Loper z Komisji Energii Atomowej (AEC) byli bardziej ostrożni. Program rakietowy Atlas przebiegał dobrze, a jeśli się powiedzie, miałby wystarczający zasięg, aby trafić cele w większości Związku Radzieckiego . W tym samym czasie głowice nuklearne stawały się coraz mniejsze, lżejsze i mocniejsze. Argumenty za nową technologią, która obiecała cięższe ładunki na dłuższych dystansach, wydawały się słabe. Jednak rakieta jądrowa zyskała potężnego patrona politycznego senatora Clintona P.Andersona z Nowego Meksyku (gdzie mieściła się LASL), wiceprzewodniczącego Komisji Wspólnej Kongresu Energii Atomowej (JCAE) Stanów Zjednoczonych , bliskiego von Neumannowi. , Bradbury and Ulam. Udało mu się zdobyć fundusze.

Cała praca nad rakietą atomową została skonsolidowana w Los Alamos, gdzie nadano jej kryptonim Project Rover; Livermore został wyznaczony jako odpowiedzialny za rozwój jądrowego silnika strumieniowego , który otrzymał nazwę kodową Project Pluto . Project Rover był kierowany przez oficera sił czynnych USAF oddelegowanego do AEC, podpułkownika Harolda R. Schmidta. Odpowiadał przed innym oddelegowanym oficerem USAF, pułkownikiem Jackiem L. Armstrongiem, który był również odpowiedzialny za projekty Plutona i systemów dla energetyki jądrowej (SNAP).

Koncepcje projektowe

W zasadzie konstrukcja jądrowego termicznego silnika rakietowego jest dość prosta: turbopompa przetłaczałaby wodór przez reaktor jądrowy, gdzie byłby podgrzewany przez reaktor do bardzo wysokich temperatur, a następnie wypuszczany przez dyszę rakietową w celu wytworzenia ciągu. Od razu widoczne były czynniki komplikujące. Po pierwsze, trzeba było znaleźć sposób kontrolowania temperatury reaktora i mocy wyjściowej. Po drugie, trzeba było wymyślić środki do utrzymywania paliwa. Jedyny praktyczny sposób przechowywania wodoru był w postaci płynnej, a to wymagało temperatury poniżej 20  K (-253,2 ° C). Po trzecie, wodór byłby podgrzewany do temperatury około 2500 K (2230 ° C) i potrzebne byłyby materiały, które byłyby odporne na takie temperatury i korozję powodowaną przez wodór.

Schemat przekrojowy silnika rakietowego Kiwi

Ciekły wodór był teoretycznie najlepszym z możliwych paliw napędowych, ale we wczesnych latach pięćdziesiątych był drogi i dostępny tylko w niewielkich ilościach. W 1952 roku AEC i National Bureau of Standards otworzyły fabrykę w pobliżu Boulder w stanie Kolorado w celu produkcji ciekłego wodoru na potrzeby programu broni termojądrowej . Zanim zdecydowano się na ciekły wodór, LASL rozważał inne propelenty, takie jak metan ( CH
₄ ) i amoniak ( NH
₃ ). Amoniak, stosowany w testach przeprowadzonych w latach 1955-1957, był niedrogi, łatwy do uzyskania, ciekły o temperaturze 239 K (-34 ° C) oraz łatwy w pompowaniu i obsłudze. Był jednak znacznie cięższy od ciekłego wodoru, co zmniejszało impuls silnika ; okazało się również, że jest jeszcze bardziej korozyjny i ma niepożądane właściwości neutronowe.

Jako paliwo rozważali pluton-239 , uran-235 i uran-233 . Pluton został odrzucony, ponieważ chociaż łatwo tworzy związki, nie mógł osiągnąć temperatur tak wysokich jak uran. Poważnie rozważono uran-233, w porównaniu z uranem-235 jest on nieco lżejszy, ma większą liczbę neutronów na zdarzenie rozszczepienia i wysokie prawdopodobieństwo rozszczepienia. W związku z tym miał perspektywę zaoszczędzenia pewnej wagi paliwa, ale jego właściwości radioaktywne utrudniały obsługę, aw każdym razie nie był łatwo dostępny. Dlatego wybrano wysoko wzbogacony uran .

W przypadku materiałów konstrukcyjnych w reaktorze wybór sprowadzał się do grafitu lub metali. Spośród metali wolfram okazał się liderem, ale był drogi, trudny do wytworzenia i miał niepożądane właściwości neutronowe. Aby obejść jego właściwości neutronowe, zaproponowano użycie wolframu-184 , który nie absorbuje neutronów. Wybrano grafit, ponieważ jest tani, twardnieje w temperaturach do 3300 K (3030 ° C) i raczej sublimuje niż topi się w 3900 K (3630 ° C).

Aby sterować reaktorem, rdzeń otoczono bębnami kontrolnymi pokrytymi grafitem lub berylem (moderatorem neutronów) z jednej strony i borem ( trucizną neutronową ) z drugiej. Moc wyjściową reaktora można było kontrolować obracając bębny. Aby zwiększyć ciąg, wystarczy zwiększyć przepływ paliwa. Wodór, czy to w czystej postaci, czy w związku takim jak amoniak, jest skutecznym moderatorem jądrowym, a zwiększenie przepływu zwiększa również szybkość reakcji w rdzeniu. Ta zwiększona szybkość reakcji kompensuje chłodzenie zapewniane przez wodór. Gdy wodór się nagrzewa, rozszerza się, więc w rdzeniu jest mniej ciepła do odprowadzenia ciepła, a temperatura się ustabilizuje. Te przeciwstawne efekty stabilizują reaktywność, a zatem silnik rakiety jądrowej jest naturalnie bardzo stabilny, a ciąg można łatwo kontrolować, zmieniając przepływ wodoru bez zmiany bębnów sterujących.

LASL stworzył serię koncepcji projektowych, każda z własnym kryptonimem: Wujek Tom, Wujek Tung, Bloodhound i Shish. Do 1955 roku zdecydował się na projekt o mocy 1500 megawatów (MW), zwany Old Black Joe. W 1956 roku stało się to podstawą projektu o mocy 2700 MW, który miał być górnym stopniem ICBM.

Prześlij do NASA

Prezydent John F. Kennedy (z prawej) odwiedza Stację Rozwoju Rakiet Jądrowych. Po lewej stronie prezydenta są Glenn Seaborg , przewodniczący Komisji Energii Atomowej USA ; Senator Howard Cannon ; Harold Finger , kierownik biura ds. Kosmicznego napędu jądrowego ; i Alvin C. Graves , dyrektor ds. testów w Laboratorium Naukowym Los Alamos.

Do 1957 r. Projekt rakietowy Atlas szedł dobrze, a wraz z pojawieniem się mniejszych i lżejszych głowic, zapotrzebowanie na nuklearny górny stopień prawie zniknęło. W dniu 2 października 1957 roku AEC zaproponował obcięcie budżetu Project Rovera, ale wkrótce propozycja ta została wyprzedzona przez wydarzenia.

Dwa dni później Związek Radziecki wystrzelił Sputnika 1 , pierwszego sztucznego satelitę. Wywołało to lęki i wyobraźnię na całym świecie i pokazało, że Związek Radziecki był zdolny do dostarczania broni jądrowej na odległości międzykontynentalne i podważyło amerykańskie wyobrażenia o przewadze militarnej, gospodarczej i technologicznej. To przyspieszyło kryzys Sputnika i wywołało wyścig kosmiczny , nowy obszar rywalizacji w czasie zimnej wojny . Anderson chciał przekazać odpowiedzialność za amerykański program kosmiczny AEC, ale prezydent USA Dwight D. Eisenhower odpowiedział, tworząc Narodową Agencję Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), która wchłonęła NACA.

Donald A. Quarles , zastępca sekretarza obrony , spotkał się z T. Keithem Glennanem , nowym administratorem NASA, i Hugh Drydenem , jego zastępcą, 20 sierpnia 1958 r., Dzień po tym, jak zostali zaprzysiężeni w Białym Domu , i Rover był pierwszym punktem porządku obrad. Quarles był chętny do przeniesienia Rovera do NASA, ponieważ projekt nie miał już celu wojskowego. Silverstein, którego Glennan przywiózł do Waszyngtonu w celu zorganizowania programu lotów kosmicznych NASA, od dawna interesował się technologią rakiet nuklearnych. Był pierwszym wyższym rangą urzędnikiem NACA, który wykazał zainteresowanie badaniami rakietowymi, zainicjował badania nad wykorzystaniem wodoru jako paliwa rakietowego, brał udział w projekcie Aircraft Nuclear Propulsion (ANP), zbudował NASA Plum Brook Reactor i stworzył grupa napędów rakietowych w Lewis pod kierownictwem Harolda Fingera .

Odpowiedzialność za niejądrowe elementy Projektu Rover została oficjalnie przeniesiona z Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych (USAF) do NASA 1 października 1958 r., W dniu, w którym NASA oficjalnie rozpoczęła działalność i przejęła odpowiedzialność za cywilny program kosmiczny USA. Project Rover stał się wspólnym projektem NASA-AEC. Silverstein wyznaczył Fingera z Lewisa do nadzorowania rozwoju rakiety jądrowej. 29 sierpnia 1960 roku NASA utworzyła Biuro ds. Napędów Jądrowych (SNPO) w celu nadzorowania projektu rakiety jądrowej. Jego kierownikiem został wyznaczony Finger, a jego zastępcą został Milton Klein z AEC.

Formalne „Porozumienie między NASA i AEC w sprawie zarządzania kontraktami na silniki rakietowe” zostało podpisane przez zastępcę administratora NASA Roberta Seamansa i dyrektora generalnego AEC Alvina Luedecke w dniu 1 lutego 1961 r. Następnie podpisano „Porozumienie międzyagencyjne w sprawie programu Development of Space Nuclear Rocket Propulsion (Project Rover) ”, którą podpisali 28 lipca 1961 r. SNPO przejęła również odpowiedzialność za SNAP, a Armstrong został asystentem dyrektora Departamentu Rozwoju Reaktorów w AEC i podpułkownik GM Anderson, dawniej Oficer projektu SNAP w rozwiązanym Biurze Napędów Jądrowych (ANPO) został szefem oddziału SNAP w nowym oddziale.

25 maja 1961 r. Prezydent John F. Kennedy przemawiał na wspólnej sesji Kongresu . „Po pierwsze”, ogłosił, „uważam, że ten naród powinien zobowiązać się do osiągnięcia celu, zanim minie ta dekada, wylądowania człowieka na Księżycu i bezpiecznego powrotu na ziemię”. Następnie dodał: „Po drugie, dodatkowe 23 miliony dolarów, razem z 7 milionami już dostępnych, przyspieszy rozwój rakiety atomowej Rover. Daje to obietnicę, że pewnego dnia zapewni środki do jeszcze bardziej ekscytującej i ambitnej eksploracji kosmosu , być może poza Księżycem, być może do samego końca Układu Słonecznego ”.

Strona testowa

Aranżacja obiektów w stacji rozwoju rakiet nuklearnych w Jackass Flats

Reaktory jądrowe dla Project Rover zostały zbudowane w LASL Technical Area 18 (TA-18), znanej również jako Pajarito Site. Paliwo i wewnętrzne elementy silnika zostały wyprodukowane w kompleksie Sigma w Los Alamos. Testy elementów paliwowych i innych materiałów naukowych zostały przeprowadzone przez dział LASL N w TA-46 przy użyciu różnych pieców, a później niestandardowego reaktora testowego, pieca jądrowego. Pracownicy z wydziałów LASL Test (J) i Chemical Metallurgy Baker (CMB) również brali udział w Project Rover. Dla każdego silnika zbudowano dwa reaktory; jeden do eksperymentów krytycznych przy zerowej mocy w Los Alamos, a drugi do testów pełnej mocy. Reaktory były testowane przy bardzo małej mocy przed wysłaniem na miejsce testowe.

W 1956 roku przeznaczono 127,200 AEC hektarów (314.000 akrów) w obszarze znanym jako Jackass Mieszkania w Area 25 na Poligonie Nevada do użytku projektu Rovera. W połowie 1957 roku rozpoczęto tam prace na obiektach testowych. Wszystkie materiały i zapasy musiały być sprowadzone z Las Vegas . Komórka testowa A składała się z farmy butli z gazem wodorowym i betonowej ściany o grubości 0,91 metra (3 stopy), która miała chronić elektroniczne oprzyrządowanie przed promieniowaniem z reaktora. Pomieszczenie kontrolne znajdowało się 3,2 kilometra (2 mil) dalej. Plastikowa powłoka na linkach sterujących została przegryziona przez gryzonie w ziemi i musiała zostać wymieniona. Reaktor został wypalony w warunkach testowych z dymem wylotowym w powietrzu, aby wszelkie radioaktywne produkty rozszczepienia zebrane z rdzenia mogły zostać bezpiecznie rozproszone.

Budynek konserwacji i demontażu reaktora (R-MAD) był pod wieloma względami typowym ogniwem gorącym używanym w przemyśle jądrowym, z grubymi betonowymi ścianami, oknami obserwacyjnymi ze szkła ołowiowego i ramionami do zdalnego manipulowania. Był wyjątkowy tylko ze względu na swój rozmiar: 76 metrów (250 stóp) długości, 43 metry (140 stóp) i 19 metrów (63 stóp) wysokości. Pozwoliło to na wsuwanie i wysuwanie silnika w wagonie kolejowym. Mówiono, że „Jackass and Western Railroad”, jak to beztrosko opisano, jest najkrótszą i najwolniejszą linią kolejową na świecie. Były dwie lokomotywy: elektryczna L-1, która była zdalnie sterowana, oraz spalinowo-elektryczna L-2, która była sterowana ręcznie, z osłoną przed promieniowaniem wokół kabiny .

Test Cell C miał zostać ukończony w 1960 roku, ale NASA i AEC nie zażądały funduszy na dodatkową budowę w tym roku; Anderson i tak je dostarczył. Potem były opóźnienia w budowie, zmuszające go do osobistej interwencji. W sierpniu 1961 roku Związek Radziecki zniósł moratorium na próby jądrowe, które obowiązywało od listopada 1958 roku, więc Kennedy wznowił testy w USA we wrześniu. Wraz z drugim programem awaryjnym na stanowisku testowym w Nevadzie zaczęło brakować siły roboczej i doszło do strajku.

Test Cell C z gigantycznymi kriogenicznymi naczyniami do przechowywania

Kiedy to się skończyło, pracownicy musieli uporać się z trudnościami związanymi z wodorem, który mógł przeciekać przez mikroskopijne otwory zbyt małe, aby umożliwić przejście innym płynom. 7 listopada 1961 r. Drobny wypadek spowodował gwałtowne uwolnienie się wodoru. Kompleks został ostatecznie oddany do użytku w 1964 roku. SNPO przewidywała budowę rakietowego silnika jądrowego o mocy 20 000 MW, więc kierownik budowy Keith Boyer zlecił firmie Chicago Bridge & Iron Company skonstruowanie dwóch gigantycznych pojemników kriogenicznych o pojemności 1,9 mln litrów (500 000 galonów amerykańskich) . Dodano budynek obsługi i demontażu silnika (E-MAD). Było większe niż boisko do piłki nożnej, z grubymi betonowymi ścianami i osłonami, w których można było montować i demontować silniki. Było też stanowisko do prób silników (ETS-1); zaplanowano jeszcze dwa.

Znajdował się tam również magazyn materiałów radioaktywnych (RMSF). Było to miejsce o powierzchni 8,5 hektara (21 akrów) w przybliżeniu w równej odległości od E-MAD, komórki testowej „C” i ETS-1. Został otoczony ogrodzeniem z drutu cyklonowego z oświetleniem obwodowym kwarcowym. Jednotorowa linia kolejowa, która łączyła obiekty, prowadziła jedną gałąź przez jedną główną bramę do magazynu, który następnie rozdzielał się na siedem ostróg. Dwie ostrogi prowadziły do ​​bunkrów o powierzchni 55,3 metrów kwadratowych (595 stóp kwadratowych). Obiekt był używany do przechowywania szerokiej gamy przedmiotów skażonych radioaktywnie.

W lutym 1962 roku NASA ogłosiła utworzenie Nuclear Rocket Development Station (NRDS) w Jackass Flats, aw czerwcu utworzono oddział SNPO w Las Vegas (SNPO-N), który miał nią zarządzać. Pracownicy budowlani byli zakwaterowani w Mercury w Nevadzie . Później do Jackass Flats przywieziono trzydzieści przyczep, aby stworzyć wioskę nazwaną „Boyerville” na cześć nadzorcy, Keitha Boyera.

kiwi

Pierwsza faza Project Rover, Kiwi, została nazwana na cześć nielotnego ptaka o tej samej nazwie z Nowej Zelandii, ponieważ silniki rakietowe Kiwi również nie były przeznaczone do latania. Ich funkcją była weryfikacja konstrukcji i badanie zachowania zastosowanych materiałów. W ramach programu Kiwi opracowano serię nielotnych testowych silników jądrowych, z głównym naciskiem na ulepszenie technologii reaktorów chłodzonych wodorem. W latach 1959–1964 zbudowano i przetestowano łącznie osiem reaktorów. Uważano, że kiwi posłużyły jako dowód słuszności koncepcji jądrowych silników rakietowych.

Kiwi A

Raemer Schreiber z plakatem Project Rover w 1959 roku

Pierwszy test Kiwi A, pierwszego modelu silnika rakietowego Kiwi, przeprowadzono w Jackass Flats dnia 1 lipca 1959 r. Kiwi A miał cylindryczny rdzeń o wysokości 132,7 cm (50 cali) i średnicy 83,8 cm (30 cali). Centralna wyspa zawierała ciężką wodę, która działała zarówno jako chłodziwo, jak i moderator w celu zmniejszenia wymaganej ilości tlenku uranu. Pręty kontrolne znajdowały się wewnątrz wyspy, która była otoczona 960 grafitowymi płytami paliwowymi obciążonymi 4-mikrometrowymi (0,00016 cala) cząstkami paliwa tlenku uranu i warstwą 240 płyt grafitowych. Rdzeń był otoczony przez 43,2 cm (20 cali) moderatora z wełny grafitowej i zamknięty w aluminiowej powłoce. Gazowy wodór był używany jako propelent przy przepływie 3,2 kilograma na sekundę (7,1 funta / s). Przeznaczony do produkcji 100 MW silnik pracował z mocą 70 MW przez 5 minut. Temperatura rdzenia była znacznie wyższa niż oczekiwano, do 2900 K (2630 ° C), z powodu pękania płyt grafitowych, co wystarczyło do stopienia części paliwa.

Do następnego testu 8 lipca 1960 r. Wprowadzono szereg ulepszeń, aby stworzyć silnik znany jako Kiwi A Prime. Elementy paliwowe wytłaczano do cylindrów i powlekano węglikiem niobu ( NbC ), aby były odporne na korozję. Sześć ułożono w stos od końca do końca, a następnie umieszczono w siedmiu otworach w modułach grafitowych, tworząc moduły paliwowe o długości 137 cm (54 cali). Tym razem reaktor osiągnął 88 MW przez 307 sekund, ze średnią temperaturą gazu na wylocie z rdzenia 2178 K. Test został zakłócony przez trzy awarie modułów rdzenia, ale większość z nich doznała niewielkich uszkodzeń lub żadnych uszkodzeń. Test był obserwowany przez Andersona i delegatów na Narodową Konwencję Demokratów w 1960 roku . Na konwencji Anderson dodał wsparcie dla rakiet nuklearnych do platformy Partii Demokratycznej .

Trzeci i ostatni test serii Kiwi A przeprowadzono 19 października 1960 r. W silniku Kiwi A3 zastosowano cylindryczne elementy paliwowe o długości 27 cali (69 cm) w tulejach z węglika niobu. Plan testów przewidywał pracę silnika przy 50 MW (połowie mocy) przez 106 sekund, a następnie przy 92 MW przez 250 sekund. Poziom mocy 50 MW został osiągnięty przy przepływie paliwa pędnego 2,36 kilograma na sekundę (5,2 funta / s), ale temperatura gazu wylotowego wynosiła 1861 K, czyli była o ponad 300 K wyższa niż oczekiwano. Po 159 sekundach moc zwiększono do 90 MW. Aby ustabilizować temperaturę gazów wylotowych na poziomie 2173 K, prędkość paliwa zwiększono do 3,81 kilograma na sekundę (8,4 funta / s). Później odkryto, że neutroniczny układ pomiaru mocy został nieprawidłowo skalibrowany, a silnik faktycznie pracował ze średnią 112,5 MW przez 259 sekund, znacznie powyżej jego mocy projektowej. Mimo to rdzeń doznał mniej uszkodzeń niż w teście Kiwi A Prime.

Kiwi A uznano za sukces jako dowód koncepcji jądrowych silników rakietowych. Okazało się, że wodór można podgrzać w reaktorze jądrowym do temperatur wymaganych do napędu kosmicznego oraz że reaktor można kontrolować. Finger poszedł naprzód i wezwał branżę do składania ofert na opracowanie silnika jądrowego NASA do zastosowania w pojazdach rakietowych ( NERVA ) opartego na konstrukcji silnika Kiwi. Odtąd Rover stał się częścią NERVA; podczas gdy Rover zajmował się badaniami nad projektem reaktora rakietowego, NERVA zajmował się rozwojem i rozmieszczeniem silników rakietowych oraz planowaniem misji kosmicznych.

Kiwi B

Dyrektor Narodowego Laboratorium Los Alamos , Norris Bradbury (po lewej), przed reaktorem Kiwi B4-A

Pierwotnym celem LASL był silnik rakietowy o mocy 10 000 MW, zdolny do wystrzelenia 11 000 kilogramów (25 000 funtów) na orbitę 480 kilometrów (300 mil). W odróżnieniu od małego nielotnego Kiwi, silnik ten otrzymał nazwę kodową Condor, od nazwy dużych latających ptaków . Jednak w październiku 1958 roku NASA badała umieszczenie górnego stopnia jądrowego na pocisku Titan I i doszła do wniosku, że w tej konfiguracji górny stopień reaktora o mocy 1000 MW może umieścić na orbicie 6400 kilogramów (14 000 funtów). Ta konfiguracja została wykorzystana w badaniach Nova i stała się celem Project Rover. LASL planował przeprowadzić dwa testy z Kiwi B, pośrednią konstrukcją o mocy 1000 MW, w 1961 i 1962 r., A następnie dwa testy Kiwi C, prototypowego silnika, w 1963 r. I mieć test reaktora w locie (RIFT) produkcji silnik w 1964 roku.

W przypadku Kiwi B LASL wprowadził kilka zmian konstrukcyjnych, aby uzyskać wymaganą wyższą wydajność. Usunięto centralny rdzeń, zwiększono liczbę otworów chłodziwa w każdym sześciokątnym elemencie paliwowym z czterech do siedmiu, a grafitowy odbłyśnik zastąpiono berylowym o grubości 20 centymetrów. Chociaż beryl był droższy, trudniejszy do wytworzenia i wysoce toksyczny, był również znacznie lżejszy, co pozwoliło zaoszczędzić 1100 kilogramów (2500 funtów). Ze względu na opóźnienie w przygotowaniu Test Cell C, niektóre funkcje przeznaczone dla Kiwi C zostały również włączone do Kiwi B2. Obejmowały one dyszę chłodzoną ciekłym wodorem zamiast wody, nową turbopompę Rocketdyne oraz rozruch rozruchowy, w którym reaktor był uruchamiany wyłącznie z własnej mocy.

Test Kiwi B1A, ostatni test z użyciem wodoru w stanie gazowym zamiast cieczy, był początkowo zaplanowany na 7 listopada 1961 r. Rankiem w dniu testu nieszczelny zawór spowodował gwałtowną eksplozję wodoru, która wysadziła ściany szopy i rannych kilku pracowników; wielu miało pęknięte błony bębenkowe, a jeden złamał kość piętową. Reaktor był nieuszkodzony, ale samochód testowy i oprzyrządowanie uległy rozległym uszkodzeniom, co spowodowało przesunięcie testu o miesiąc. Druga próba przeprowadzona 6 grudnia została przerwana, kiedy odkryto, że wiele termopar diagnostycznych zostało zamontowanych od tyłu. Wreszcie 7 grudnia test ruszył. Miał on pracować na 270 MW przez 300 sekund, ale test został przerwany już po 36 sekundach przy 225 MW, ponieważ zaczęły pojawiać się pożary wodoru. Wszystkie termopary działały poprawnie, więc uzyskano wiele przydatnych danych. Średni przepływ masowy wodoru podczas części eksperymentu z pełną mocą wynosił 9,1 kilograma na sekundę (20 funtów / s).

Następnie LASL zamierzał przetestować Kiwi B2, ale znaleziono wady strukturalne, które wymagały przeprojektowania. Następnie zwrócono uwagę na B4, bardziej radykalną konstrukcję, ale kiedy próbowali umieścić klastry paliwa w rdzeniu, okazało się, że klastry mają zbyt wiele neutronów i obawiano się, że reaktor może niespodziewanie się uruchomić. Problem wynikał z pochłaniania wody z normalnie suchego powietrza w Nowym Meksyku podczas przechowywania. Poprawiono to, dodając więcej trucizny neutronowej. Następnie elementy paliwowe były przechowywane w obojętnej atmosferze. Oddział N zdecydował się następnie na test z zapasowym silnikiem B1, B1B, pomimo poważnych wątpliwości co do niego, opartych na wynikach testu B1A, w celu uzyskania większej ilości danych na temat osiągów i zachowania ciekłego wodoru. Podczas uruchamiania 1 września 1962 r. Rdzeń zatrząsł się, ale osiągnął 880 MW. Błyski światła wokół dyszy wskazywały, że wyrzucane są peletki paliwa; później ustalono, że było ich jedenastu. Zamiast wyłączać, testerzy obracali bębny, aby to wyrównać, i byli w stanie pracować z pełną mocą przez kilka minut, zanim czujnik wybuchł i zapalił się, a silnik został wyłączony. Większość celów testu, ale nie wszystkie, została osiągnięta.

Następnym testem serii był Kiwi B4A 30 listopada 1962 r. Zaobserwowano gwałtowny błysk płomienia, gdy reaktor osiągnął 120 MW. Moc została zwiększona do 210 MW i utrzymywana tam przez 37 sekund. Następnie zwiększono moc do 450 MW, ale błyski stały się częste i silnik został wyłączony po 13 sekundach. Po teście stwierdzono, że 97% elementów paliwowych było uszkodzonych. Doceniono trudności związane ze stosowaniem ciekłego wodoru, a przyczyną drgań i awarii zdiagnozowano wyciek wodoru do szczeliny między rdzeniem a zbiornikiem ciśnieniowym. W przeciwieństwie do silnika chemicznego, który prawdopodobnie wybuchłby po uszkodzeniu, silnik pozostawał stabilny i można go było kontrolować przez cały czas. Testy wykazały, że silnik rakiety jądrowej byłby wytrzymały i niezawodny w kosmosie.

Kiwi A Prime zostaje wystrzelony testowo

Kennedy odwiedził Los Alamos w dniu 7 grudnia 1962 roku na odprawę na temat Project Rover. Był to pierwszy raz, gdy prezydent USA odwiedził laboratorium broni jądrowej. Zabrał ze sobą dużą świtę, w skład której wchodzili Lyndon Johnson , McGeorge Bundy , Jerome Wiesner , Harold Brown , Donald Hornig , Glenn Seaborg , Robert Seamans, Harold Finger i Clinton Anderson. Następnego dnia polecieli do Jackass Flats, dzięki czemu Kennedy był jedynym prezydentem, który kiedykolwiek odwiedził miejsce testów jądrowych. Project Rover otrzymał 187 milionów dolarów w 1962 roku, a AEC i NASA zażądały kolejnych 360 milionów dolarów w 1963 roku. Kennedy zwrócił uwagę na trudności budżetowe swojej administracji, a jego urzędnicy i doradcy debatowali o przyszłości Project Rover i ogólnie programu kosmicznego.

Finger zebrał zespół specjalistów od wibracji z innych ośrodków NASA i wraz z personelem z LASL, Aerojet i Westinghouse przeprowadził serię testów reaktora „zimnego przepływu” z użyciem elementów paliwowych bez materiału rozszczepialnego. Azot, hel i wodór były pompowane przez silnik w celu wywołania wibracji. Stwierdzono, że były one spowodowane niestabilnością przepływu cieczy przez szczeliny prześwitowe między sąsiednimi elementami paliwowymi. Wprowadzono szereg drobnych zmian konstrukcyjnych w celu rozwiązania problemu wibracji. W teście Kiwi B4D 13 maja 1964 r. Reaktor został automatycznie uruchomiony i krótko pracował z pełną mocą (990 MW) bez problemów z drganiami. Test musiał zostać zakończony po 64 sekundach, gdy rurki dyszy pękły i spowodowały wyciek wodoru wokół dyszy, co spowodowało pożar. Chłodzenie przeprowadzono z wodorem i 3266 kilogramami (7200 funtów) azotu. Podczas oględzin po teście nie stwierdzono uszkodzeń elementów paliwowych.

Ostatnim testem był test Kiwi B4E 28 sierpnia, w którym reaktor pracował przez dwanaście minut, z których osiem pracowało z pełną mocą (937 MW). Był to pierwszy test, w którym zamiast tlenku uranu zastosowano granulki węglika uranu z powłoką z węglika niobu o grubości 0,0508 mm (0,002 cala). Okazało się, że utleniają się one podczas ogrzewania, powodując utratę węgla w postaci gazowego tlenku węgla . Aby to zminimalizować, cząstki powiększono (o średnicy od 50 do 150 mikrometrów (0,0020 do 0,0059 cala)) i pokryto ochronną powłoką z grafitu pirolitycznego . 10 września Kiwi B4E został ponownie uruchomiony i działał z mocą 882 MW przez dwie i pół minuty, demonstrując zdolność silnika rakietowego do wyłączenia i ponownego uruchomienia.

We wrześniu 1964 roku przeprowadzono testy z silnikiem Kiwi B4 i PARKA, reaktorem Kiwi używanym do testów w Los Alamos. Oba reaktory pracowały w odległości 4,9 m (16 ft), 2,7 m (9 ft) i 1,8 m (6 ft) od siebie i wykonano pomiary reaktywności. Testy te wykazały, że neutrony wytwarzane przez jeden reaktor rzeczywiście powodowały rozszczepienia w innym, ale efekt był znikomy: odpowiednio 3, 12 i 24 centy . Testy wykazały, że sąsiednie silniki rakietowe nie będą ze sobą kolidować, a zatem mogą być zgrupowane, tak jak często były to silniki chemiczne.

Phoebus

Silnik rakietowy Phoebus na kolei Jackass and Western

Kolejnym krokiem w programie badawczym LASL była budowa większego reaktora. Rozmiar rdzenia określa, ile wodoru potrzebnego do chłodzenia można przez niego przepuścić; i ile paliwa uranowego można do niego załadować. W 1960 roku LASL rozpoczął planowanie reaktora o mocy 4000 MW z 89-centymetrowym (35-calowym) rdzeniem jako następcą Kiwi. LASL zdecydował się nazwać go Phoebe , po greckiej bogini Księżyca. Jednak inny projekt broni jądrowej miał już tę nazwę, więc zmieniono ją na Phoebus, alternatywną nazwę dla Apollo. Phoebus napotkał sprzeciw SNPO, który chciał reaktora o mocy 20 000 MW. LASL uważał, że trudności związane z budową i testowaniem tak dużego reaktora zostały potraktowane zbyt lekko; sama budowa konstrukcji o mocy 4000 MW wymagała nowej dyszy i ulepszonej turbopompy firmy Rocketdyne. Nastąpił przedłużający się konflikt biurokratyczny.

W marcu 1963 roku SNPO i Marshall Space Flight Center (MSFC) zleciły Space Technology Laboratories (STL) przygotowanie raportu na temat tego, jakiego rodzaju silnik rakietowy byłby potrzebny do ewentualnych misji między 1975 a 1990 rokiem. Misje te obejmowały wczesne załogowe międzyplanetarne misje planetarne. wyprawy w obie strony (EMPIRE), przeloty i przeloty planetarne oraz prom księżycowy. Konkluzją tego dziewięciotomowego raportu, który został dostarczony w marcu 1965 r., I dalszych badań, było to, że misje te można było przeprowadzić z silnikiem 4100 MW z określonym impulsem 825 sekund (8,09 km / s). . To było znacznie mniejsze, niż początkowo uważano za konieczne. Z tego wyłoniła się specyfikacja silnika rakietowego o mocy 5000 MW, który stał się znany jako NERVA II.

LASL i SNPO doszły do ​​porozumienia, że ​​LASL zbuduje dwie wersje Phoebus: mały Phoebus I z 89-centymetrowym (35-calowym) rdzeniem do testowania zaawansowanych paliw, materiałów i koncepcji oraz większy 140-centymetrowy (55 cali) Phoebus II, który miał służyć jako prototyp dla NERVA II. Oba byłyby oparte na Kiwi. Skupiono się na osiągnięciu większej mocy niż było to możliwe w przypadku jednostek Kiwi i utrzymaniu maksymalnej mocy przez dłuższy czas. Prace nad Phoebus I rozpoczęto w 1963 roku, kiedy w sumie powstały trzy silniki o nazwach 1A, 1B i 1C.

Phoebus w National Atomic Testing Museum w Las Vegas

Phoebus 1A został przetestowany 25 czerwca 1965 roku i pracował z pełną mocą (1090 MW) przez dziesięć i pół minuty. Niestety, intensywne promieniowanie spowodowało, że jeden z mierników pojemności dawał błędne odczyty. W obliczu jednego miernika, który wskazywał, że zbiornik paliwa wodorowego jest prawie pusty, a drugiego, który mówił, że jest pełny w jednej czwartej, i nie byli pewni, co jest poprawne, technicy w sterowni postanowili uwierzyć temu, który powiedział, że jest pełny w jednej czwartej. To był zły wybór; zbiornik był rzeczywiście prawie pusty, a paliwo wyschło. Silnik pracujący w temperaturze 2270 K (2000 ° C) bez ciekłego wodoru szybko się przegrzał i wybuchł. Około jednej piątej paliwa zostało wyrzucone; większość pozostałych stopiła się.

Obszar testowy pozostawiono na sześć tygodni, aby umożliwić rozpad wysoce radioaktywnym produktom rozszczepienia. Równiarka z gumą wycieraczki w jego pługa użyto piętrzyć skażonej zanieczyszczeniami, może być czerpane się. Kiedy to nie zadziałało, do zbierania brudu używano odkurzacza o mocy 150 kW (200 KM). Fragmenty na podkładce testowej były początkowo zbierane przez robota, ale było to zbyt wolne i używano mężczyzn w kombinezonach ochronnych, którzy podnosili kawałki szczypcami i wrzucali następnie do puszek z farbą otoczonych ołowiem i zamontowanych na małych wózkach. To zajęło się głównym zakażeniem; reszta została wyszczerbiona, zmieciona, wyszorowana, zmyta lub pomalowana. Cały wysiłek związany z odkażaniem trwał dwa miesiące czterysta osób i kosztował 50 000 dolarów. Średnia dawka promieniowania otrzymana przez sprzątaczy wyniosła 0,66 rem (0,0066  Sv ), a maksymalna 3 rems (0,030 Sv); LASL ograniczył liczbę pracowników do 5 remów (0,050 Sv) rocznie.

Następnym testem był Phoebus 1B. Został uruchomiony 10 lutego 1967 r. I pracował z mocą 588 MW przez dwie i pół minuty. Aby uniknąć powtórki nieszczęścia, które przydarzyło się Phoebus 1A, zainstalowano kriogeniczny zbiornik Dewar o pojemności 30000 litrów (8000 galonów amerykańskich) i ciśnieniu 5200 kilopaskali (750  psi ), aby zapewnić awaryjne zaopatrzenie w ciekły wodór w przypadku była awaria głównego systemu zasilania paliwem. Drugą próbę przeprowadzono 23 lutego 1967 r., Kiedy trwała 46 minut, z czego 30 minut przekraczało 1250 MW i osiągnięto maksymalną moc 1450 MW i temperaturę gazu 2444 K (2171 ° C). Test zakończył się sukcesem, ale znaleziono pewną korozję.

Po tym nastąpił test większego Phoebusa 2A. Wstępny bieg małej mocy (2000 MW) został przeprowadzony 8 czerwca 1968 r., A następnie pełny bieg 26 czerwca. Silnik pracował przez 32 minuty, z czego 12,5 minuty przekraczało 4000 MW, a moc szczytowa wynosiła 4082 MW. W tym momencie temperatura w komorze wynosiła 2256 K (1983 ° C), a całkowite natężenie przepływu 118,8 kilogramów na sekundę (262 funtów / s). Maksymalnego poziomu mocy nie można było osiągnąć, ponieważ w tym momencie temperatury segmentów obejm zaciskowych łączących rdzeń ze zbiornikiem ciśnieniowym osiągnęły granicę 417 K (144 ° C). Trzeci bieg przeprowadzono 18 lipca, osiągając moc 1280 MW, czwarty później tego samego dnia, z mocą około 3500 MW. Zagadkową anomalią było to, że reaktywność była niższa niż oczekiwano. Ciekły wodór mógł nadmiernie schłodzić reflektor berylowy, powodując, że w jakiś sposób stracił on część swoich właściwości moderujących. Alternatywnie, istnieją dwa spinowe izomery wodoru : parowodór jest moderatorem neutronów, ale ortowodór jest trucizną i być może wysoki strumień neutronów zmienił część parowodoru w ortowodór.

Pewee

Pewee był trzecim etapem Project Rover. LASL powrócił do nazw ptaków, nadając im imię pewee z Ameryki Północnej . Był mały, łatwy do przetestowania i wygodny rozmiar dla nieobsługiwanych naukowych misji międzyplanetarnych lub małych "holowników" jądrowych. Jego głównym celem było przetestowanie zaawansowanych elementów paliwowych bez kosztów pełnowymiarowego silnika. Opracowanie Pewee zajęło tylko dziewiętnaście miesięcy, od autoryzacji SNPO w czerwcu 1967 r. Do pierwszego pełnego testu w grudniu 1968 r.

Pewee miał 53-centymetrowy (21-calowy) rdzeń zawierający 36 kilogramów (80 funtów) 402 elementów paliwowych i 132 elementy wsporcze. Spośród 402 elementów paliwowych 267 zostało wyprodukowanych przez LASL, 124 przez Westinghouse Astronuclear Laboratory , a 11 przez National Security Complex Y-12 AEC . Większość pokryto węglikiem niobu ( NbC ), ale niektóre zamiast tego pokryto węglikiem cyrkonu ( ZrC ); większość miała również ochronną powłokę molibdenową. Istniały obawy, że tak mały reaktor może nie osiągnąć krytyczności , więc dodano wodorek cyrkonu (dobry moderator), a grubość reflektora berylowego zwiększono do 20 centymetrów (8 cali). Było dziewięć bębnów kontrolnych. Cały reaktor, łącznie z aluminiowym zbiornikiem ciśnieniowym, ważył 2570 kilogramów (5670 funtów).

Pewee 1 był uruchamiany trzykrotnie: do sprawdzenia 15 listopada 1968 r., Do krótkotrwałego testu 21 listopada i do testu wytrzymałości na pełną moc 4 grudnia. Test pełnej mocy miał dwie ładownie, podczas których reaktor pracował z mocą 503 MW (1,2 MW na element paliwowy). Średnia temperatura gazów wylotowych wynosiła 2550 K (2280 ° C) i była najwyższą, jaką kiedykolwiek zarejestrował Project Rover. Temperatura komory wynosiła 2750 K (2480 ° C), kolejny rekord. Test wykazał, że węglik cyrkonu był skuteczniejszy w zapobieganiu korozji niż węglik niobu. Nie podjęto żadnego szczególnego wysiłku, aby zmaksymalizować impuls właściwy, który nie był celem reaktora, ale Pewee osiągnął impuls próżniowy wynoszący 901 sekund (8,84 km / s), znacznie powyżej celu dla NERVA. Podobnie było ze średnią gęstością mocy 2340 MW / m ³ ; gęstość szczytowa osiągnęła 5200 MW / m ³ . To było o 20% wyższe niż w Phoebus 2A i wyciągnięto wniosek, że możliwe jest zbudowanie lżejszego, ale mocniejszego silnika.

LASL potrzebował roku, aby zmodyfikować projekt Pewee, aby rozwiązać problem przegrzania. W 1970 Pewee 2 został przygotowany w Test Cell C na serię testów. LASL planował wykonać dwanaście przebiegów z pełną mocą w temperaturze 2427 K (2154 ° C), każdy trwający dziesięć minut, z ochłodzeniem do 540 K (267 ° C) pomiędzy każdym testem. SNPO nakazał firmie LASL zwrot Pewee do E-MAD. Problem stanowiła ustawa o polityce środowiskowej państwa (NEPA), którą prezydent Richard Nixon podpisał 1 stycznia 1970 r. SNPO uważało, że emisje radioaktywne mieszczą się w granicach wytycznych i nie będą miały negatywnego wpływu na środowisko, ale grupa środowiskowa twierdziła inaczej . SNPO przygotowało pełne studium oddziaływania na środowisko dla nadchodzących testów pieca jądrowego. W międzyczasie LASL zaplanował test Pewee 3. Byłoby to testowane poziomo za pomocą płuczki do usuwania produktów rozszczepienia ze smugi spalin. Zaplanowano również Pewee 4 do testowania paliw i Pewee 5 do testowania dopalaczy. Żadnego z tych testów nie przeprowadzono.

Piec jądrowy

Dwie z form paliwa testowanych przez Project Rover: pirolityczne cząstki węglika uranu pokryte węglem rozproszone w podłożu grafitowym i „kompozyt” składający się z dyspersji węglika uranu i węglika cyrkonu w podłożu grafitowym.

Piec jądrowy był małym reaktorem, zaledwie jedną dziesiątą wielkości Pewee, który miał stanowić niedrogi sposób przeprowadzania testów. Pierwotnie miał być używany w Los Alamos, ale koszt stworzenia odpowiedniego miejsca testowego był wyższy niż w przypadku użycia Test Cell C. Miał mały rdzeń o długości 146 centymetrów (57 cali) i średnicy 34 centymetrów (13 cali). który zawierał 49 sześciokątnych elementów paliwowych. Spośród nich 47 było ogniwami paliwowymi „kompozytowymi” z węglika uranu i węglika cyrkonu, a dwa zawierały siedmioelementowy zestaw jednootworowych ogniw paliwowych z czystego uranu i węglika cyrkonu. Żaden typ nie był wcześniej testowany w reaktorze z napędem rakietowym. W sumie było to około 5 kg wysoko wzbogaconego (93%) uranu-235. Aby osiągnąć krytyczność przy tak małej ilości paliwa, berylowy odbłyśnik miał ponad 36 centymetrów (14 cali) grubości. Każde ogniwo paliwowe miało własny płaszcz wodny chłodzący i moderujący. Aby zaoszczędzić pieniądze, zamiast cieczy zastosowano gazowy wodór. Opracowano skruber .

Celem badań w piecu jądrowym była weryfikacja projektu i przetestowanie nowych paliw kompozytowych. W okresie od 29 czerwca do 27 lipca 1972 r. NF-1 pracował czterokrotnie z pełną mocą (44 MW) i temperaturą gazu wylotowego wynoszącą 2444 K (2171 ° C) przez łącznie 108,8 minut. NF-1 pracował przez 121,1 minut przy temperaturze gazu wylotowego paliwa powyżej 2222 K (1949 ° C). Osiągnął również średnią gęstość mocy od 4500 do 5000 MW / m ³ w temperaturach do 2500 K (2230 ° C). Skruber działał dobrze, chociaż wyciekło trochę kryptonu-85 . Environmental Protection Agency był w stanie wykryć śladowe ilości, ale nikt poza zakresem badania.

Testy wykazały, że kompozytowe ogniwa paliwowe byłyby dobre dla dwóch do sześciu godzin pracy w temperaturze 2500 do 2800 K (2230 do 2530 ° C), co w przypadku paliw węglikowych zapewniałoby podobną wydajność w temperaturze 3000 do 3200 K (2730 do 2930 ° C), zakładając, że problemy z pękaniem można rozwiązać dzięki ulepszonemu projektowi. Przez dziesięć godzin pracy matryca grafitowa byłaby ograniczona do 2200 do 2300 K (1930 do 2030 ° C), kompozyt mógłby osiągnąć temperaturę 2480 K (2210 ° C), a czysty węglik do 3000 K (2730 ° C) ). Tym samym program testów zakończył się trzema żywotnymi formami ogniwa paliwowego.

Testy bezpieczeństwa

W maju 1961 roku Kennedy wydał zgodę na testy reaktora w locie (RIFT). W odpowiedzi LASL utworzył Biuro Bezpieczeństwa Lotów Łazików, a SNPO stworzyło Panel Bezpieczeństwa Lotów Łazików, który wspierał RIFT. Planowanie RIFT NASA wymagało wpadnięcia do czterech reaktorów do Oceanu Atlantyckiego. LASL musiał określić, co się stanie, gdy reaktor uderzy w wodę z prędkością kilku tysięcy kilometrów na godzinę. W szczególności potrzebował wiedzieć, czy osiągnie stan krytyczny, czy też wybuchnie po zalaniu wodą morską, moderatorem neutronów. Pojawiły się również obawy co do tego, co się stanie, gdy zatonie 3,2 kilometra (2 mil) na dno Atlantyku, gdzie znajdzie się pod miażdżącym ciśnieniem. Trzeba było wziąć pod uwagę możliwy wpływ na życie morskie, a nawet to, jakie życie morskie tam występowało.

Zmodyfikowany reaktor jądrowy Kiwi został celowo zniszczony w teście Kiwi TNT.

LASL rozpoczął się od zanurzenia elementów paliwowych w wodzie. Następnie przeprowadzono symulowany test wnikania wody (SWET), podczas którego 30-centymetrowy (12-calowy) tłok został użyty do jak najszybszego wtłoczenia wody do reaktora. Aby zasymulować uderzenie, pozorowany reaktor został zrzucony na beton z wysokości 23 metrów (75 stóp). Odbiła się w powietrzu 4,6 metra (15 stóp); zbiornik ciśnieniowy był wgnieciony, a wiele elementów paliwowych pękło, ale obliczenia wykazały, że ani nie stanie się krytyczny, ani nie wybuchnie. Jednak RIFT obejmował NERVA siedzącą na szczycie rakiety Saturn V o wysokości 91 metrów (300 stóp). Aby dowiedzieć się, co by się stało, gdyby wzmacniacz eksplodował na platformie startowej, fałszywy reaktor został uderzony w betonową ścianę za pomocą rakietowych sań . Rdzeń został ściśnięty o 5%, a obliczenia wykazały, że rdzeń rzeczywiście stałby się krytyczny i eksplodował, z siłą równoważną około 2 kilogramom (4,4 funta) materiału wybuchowego, co prawdopodobnie byłoby nieistotne w porównaniu do uszkodzeń spowodowanych przez eksplozję. Wzmacniacz. Niepokojące było to, że było to znacznie mniej niż przewidywane teoretycznie 11 kilogramów (25 funtów), co wskazuje, że modelowanie matematyczne było wadliwe.

Kiedy ustalono, że NERVA nie jest wymagana dla Apollo, a zatem nie będzie potrzebna do lat 70. XX wieku, RIFT został przełożony, a następnie całkowicie anulowany w grudniu 1963 r. Chociaż często dyskutowano o jego przywróceniu, nigdy do tego nie doszło. To wyeliminowało potrzebę dalszego SWET, ale pozostały obawy o bezpieczeństwo jądrowych silników rakietowych. Chociaż uderzenie lub eksplozja nie może spowodować wybuchu jądrowego, LASL martwił się, co by się stało, gdyby reaktor się przegrzał. Opracowano test mający na celu stworzenie najbardziej niszczycielskiej katastrofy z możliwych. Opracowano specjalny test znany jako Kiwi-TNT. Zwykle bębny sterujące obracały się z maksymalną prędkością 45 ° na sekundę do położenia pełnego otwarcia przy 180 °. Było to zbyt wolne dla poszukiwanej niszczycielskiej eksplozji, więc w przypadku Kiwi-TNT zostały zmodyfikowane tak, aby obracały się z prędkością 4000 ° na sekundę. Test został przeprowadzony 12 stycznia 1965 r. Kiwi-TNT został zamontowany na wagonie z płaską platformą, nazwany Toonerville Trolley i zaparkowany 190 metrów (630 stóp) od komórki testowej C. Bębny obrócono do maksymalnego ustawienia na 4000 ° na sekundę, a ciepło wyparowało część grafitu, powodując kolorową eksplozję, w wyniku której w powietrze przeleciały elementy paliwowe, a następnie wysoko radioaktywna chmura o radioaktywności szacowanej na 1,6 megakurów (59  PBq ).

Większość radioaktywności w chmurze miała postać cezu-138 , strontu-92 , jodu-134 , cyrkonu-97 i kryptonu-88 , które mają krótkie okresy półtrwania mierzone w minutach lub godzinach. Chmura wzniosła się 790 metrów (2600 stóp) w powietrze i dryfowała na południowy zachód, ostatecznie wiejąc nad Los Angeles i wypływając w morze. Był śledzony przez dwa samoloty Public Health Service (PHS), które pobierały próbki. PHS wydał dozymetry z plakietkami filmowymi ludziom mieszkającym na skraju obszaru testowego i pobrał próbki mleka z gospodarstw mlecznych na ścieżce chmury. Okazało się, że ekspozycja na ludzi mieszkających poza terenem testowym Nevady była znikoma. Opad radioaktywny na ziemi również szybko się rozproszył. Zespoły poszukiwawcze przeszukały teren, zbierając gruz. Największy był kawałek naczynia ciśnieniowego o wadze 67 kilogramów (148 funtów), który został znaleziony 230 metrów (750 stóp); inny, ważący 44 kilogramy (98 funtów), został znaleziony 520 metrów (1700 stóp) dalej.

Placówka E-MAD

Eksplozja była stosunkowo niewielka, szacowana jako odpowiednik 90 do 140 kilogramów (200 do 300 funtów) czarnego prochu . Było znacznie mniej gwałtowne niż eksplozja trotylu , stąd te duże kawałki, które zostały znalezione. Test wykazał, że reaktora nie można zniszczyć w kosmosie przez wysadzenie go na małe kawałki, więc trzeba było znaleźć inną metodę pozbycia się go po zakończeniu misji kosmicznej. LASL zdecydował się wykorzystać możliwość ponownego uruchomienia silnika, aby pozbyć się rakiety jądrowej, wystrzeliwując ją na wysoką orbitę, więc albo całkowicie opuścił Układ Słoneczny, albo powrócił wieki później, kiedy to większość radioaktywności zniknęłaby. Związek Radziecki zaprotestował przeciwko testowi, twierdząc, że był to test nuklearny z pogwałceniem Traktatu o częściowym zakazie prób jądrowych , ale Stany Zjednoczone odpowiedziały, że był to test podkrytyczny bez eksplozji. Jednak Departament Stanu był bardzo niezadowolony z oznaczenia LASL Kiwi-TNT, ponieważ oznaczało to eksplozję i utrudniało oskarżenie Sowietów o naruszenie traktatu.

Podczas Project Rover doszło do trzech śmiertelnych wypadków. Jeden pracownik zginął w wypadku samochodowym. Inny zmarł w wyniku poparzeń po wylaniu benzyny na tajne taśmy komputerowe i podpaleniu ich w celu ich utylizacji. Trzeci wszedł do zbiornika z azotem i został uduszony.

Anulowanie

Rover zawsze był projektem kontrowersyjnym, a obrona przed krytykami wymagała serii biurokratycznych i politycznych bitew. W 1961 roku Biuro Budżetu (BOB) i Prezydencki Komitet Doradczy ds. Nauki (PSAC) rzuciły wyzwanie Roverowi ze względu na jego koszt, ale ten atak został pokonany przez JCAE, gdzie Rover cieszył się niezłomnym poparciem Andersona i Howarda Cannon w Senacie oraz Overton Brooks i James G. Fulton w Izbie Reprezentantów . PSAC i BOB spróbowali ponownie w 1964 roku; Żądania budżetowe NASA zostały obcięte, ale Rover wyszedł nietknięty.

Pod koniec lat 60. rosnące koszty wojny w Wietnamie wywarły presję na budżety. Nowo wybrani członkowie Izby spojrzeli na Rovera i NERVA krytycznym okiem, widząc w nim bramę do kosztownego otwartego programu eksploracji kosmosu po Apollo. Ale Rover zachował wpływowe wsparcie ze strony Andersona, Cannona i Margaret Chase Smith z stanu Maine w Senacie oraz Fultona i George'a P. Millerów (którzy zastąpili Brooksa na stanowisku przewodniczącego Komisji Nauki, Przestrzeni i Technologii Izby Reprezentantów Stanów Zjednoczonych po jego śmierci w Wrzesień 1961) w Domu.

Kongres sfinansował NERVA II w budżecie na 1967 r., Ale Johnson potrzebował wsparcia Andersona w jego ustawodawstwie dotyczącym Medicare i 7 lutego 1967 r. Zgodził się zapewnić środki na NERVA II z własnego funduszu awaryjnego. Klein, który zastąpił Fingera na stanowisku szefa SNPO w 1967 roku, miał dwie godziny przesłuchań w sprawie NERVA II przed Izbą Nauki i Astronautyki , która obciąła budżet NASA. Finansowanie NERVA II pozwoliło zaoszczędzić 400 milionów dolarów, głównie na nowych obiektach, które byłyby potrzebne do jego przetestowania. AEC i NASA zgodziły się, ponieważ wykazano, że NERVA I może wykonywać misje oczekiwane od NERVA II.

Amerykański senator Clinton P. Anderson z rakietą Kiwi

NERVA miał wiele potencjalnych misji. NASA rozważała użycie Saturna V i NERVA podczas „ wielkiej wycieczki ” po Układzie Słonecznym. Rzadkie wyrównanie planet, które ma miejsce co 174 lata, miało miejsce między 1976 a 1980 rokiem, umożliwiając statkowi kosmicznemu wizytę w Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Dzięki NERVA ten statek kosmiczny może ważyć do 24 000 kilogramów (52 000 funtów). Zakładano, że NERVA ma impuls specyficzny tylko 825 sekund (8,09 km / s); 900 sekund (8,8 km / s) było bardziej prawdopodobne, a dzięki temu mogłaby umieścić 77 000-kilogramową (170 000 funtów) stację kosmiczną wielkości Skylab na orbitę wokół Księżyca. Powtarzające się podróże na Księżyc można by wykonać z NERVA zasilającą wahadłowiec jądrowy. Była też misja na Marsa, o której Klein dyplomatycznie nie wspominał, wiedząc, że nawet po lądowaniu na Księżycu Apollo 11 pomysł ten był niepopularny wśród Kongresu i opinii publicznej.

Presja na cięcie kosztów wzrosła po tym, jak Nixon zastąpił Johnsona na stanowisku prezydenta w 1969 r. Finansowanie programu NASA zostało zmniejszone w budżecie na 1969 r., Zamykając linię produkcyjną Saturn V, ale NERVA pozostała. Klein poparł plan, zgodnie z którym prom kosmiczny wzniósł silnik NERVA na orbitę, a następnie wrócił po paliwo i ładunek. Można to powtórzyć, ponieważ silnik NERVA można było ponownie uruchomić. NERVA zachował niezłomne wsparcie Andersona, Cannona i Smitha, ale Anderson starzał się i był zmęczony, a teraz przekazał wiele swoich obowiązków Cannonowi. NERVA otrzymała 88 milionów dolarów w roku podatkowym 1970 i 85 milionów dolarów w roku budżetowym 1971, przy czym fundusze pochodziły wspólnie z NASA i AEC.

Kiedy Nixon próbował anulować NERVA w 1971 roku, głosy Andersona i Smitha zabiły projekt zwierzaka Nixona, naddźwiękowy transport Boeing 2707 . To była oszałamiająca porażka prezydenta. W budżecie na rok finansowy 1972 finansowanie promu zostało obcięte, ale NERVA przetrwała. Chociaż jego wniosek budżetowy wynosił zaledwie 17,4 miliona dolarów, Kongres przeznaczył 69 milionów dolarów; Nixon wydał z tego tylko 29 milionów dolarów.

W 1972 roku Kongres ponownie wsparł NERVA. Dwupartyjna koalicja kierowana przez Smitha i Cannona przeznaczyła na to 100 milionów dolarów; Szacuje się, że silnik NERVA, który zmieściłby się w ładowni promu, kosztował około 250 milionów dolarów w ciągu dziesięciu lat. Dodali zastrzeżenie, że nie będzie już przeprogramowywania funduszy NERVA w celu opłacenia innych działań NASA. Administracja Nixona i tak zdecydowała się anulować NERVA. W dniu 5 stycznia 1973 roku NASA ogłosiła, że ​​NERVA (a tym samym Rover) została zakończona.

Pracownicy LASL i Biura Kosmicznych Systemów Jądrowych (SNSO), jak zmieniono nazwę SNPO w 1970 roku, byli oszołomieni; projekt budowy małej NERVA, którą można było przewieźć na pokładzie promu kosmicznego, przebiegł dobrze. Zwolnienia rozpoczęły się natychmiast, a SNSO została zniesiona w czerwcu. Po 17 latach badań i rozwoju, Projects Rover i NERVA wydały około 1,4 miliarda dolarów, ale żadna rakieta o napędzie atomowym nigdy nie poleciała.

Dziedzictwo

Napęd rakietowy

W 1983 r. Strategic Defense Initiative („Gwiezdne wojny”) zidentyfikowało misje, które mogłyby skorzystać na rakietach silniejszych niż rakiety chemiczne, a niektóre z nich mogą być podjęte tylko przez takie rakiety. Projekt napędu jądrowego SP-100 powstał w lutym 1983 roku w celu opracowania systemu rakiet jądrowych o mocy 100 kW. Koncepcja obejmowała reaktor ze złożem żwirowym , koncepcję opracowaną przez Jamesa R. Powella w Brookhaven National Laboratory , która obiecywała wyższe temperatury i lepszą wydajność w porównaniu z NERVA. W latach 1987-1991 był finansowany jako tajny projekt o kryptonimie Project Timber Wind .

Proponowana rakieta została później rozbudowana do większego projektu po przeniesieniu projektu do programu Space Nuclear Thermal Propulsion (SNTP) w Air Force Phillips Laboratory w październiku 1991 r. NASA przeprowadziła badania w ramach swojej inicjatywy Space Exploration Initiative (SEI), ale czuła, że że SNTP oferowało niewystarczające ulepszenia w stosunku do rakiet jądrowych opracowanych przez Project Rover i nie było wymagane przez żadne misje SEI. Program SNTP został zakończony w styczniu 1994 r., Po wydaniu około 200 milionów dolarów.

Silnik do podróży międzyplanetarnych z orbity Ziemi na orbitę Marsa iz powrotem był badany w 2013 roku w MSFC ze szczególnym uwzględnieniem termicznych silników rakietowych. Ponieważ są co najmniej dwa razy wydajniejsze niż najbardziej zaawansowane silniki chemiczne, pozwalają na szybszy transfer i zwiększoną pojemność ładunkową. Krótszy czas lotu, szacowany na 3–4 miesiące z silnikami jądrowymi, w porównaniu z 8–9 miesięcy przy silnikach chemicznych, zmniejszyłby narażenie załogi na potencjalnie szkodliwe i trudne do osłonięcia promieniowanie kosmiczne . Silniki jądrowe, takie jak Pewee z Project Rover, zostały wybrane w Mars Design Reference Architecture (DRA), a 22 maja 2019 r.Kongres zatwierdził finansowanie w wysokości 125 milionów dolarów na rozwój rakiet jądrowych.

Rehabilitacja terenu

Rozbiórka R-MAD w grudniu 2009

Wraz z zamknięciem SNPO, Biuro Operacyjne Departamentu Energii w Nevadzie przejęło odpowiedzialność za Jackass Flats. Badanie radiologiczne przeprowadzono w 1973 i 1974 r., A następnie oczyszczono z poważnego skażenia radioaktywnego w RMSF, R-MAD, ETS-1 i komórkach testowych A i C. E-MAD był nadal w użyciu i nie był część wysiłku. W latach 1978-1984 wydano 1,624 miliona dolarów na działania porządkowe. Usunięte silnie zanieczyszczone elementy obejmowały dyszę Phoebus oraz dwie osłony reaktora o masie 24,9 tony (27,5 tony ) i dwie osłony reaktora 14 ton (15 tony krótkiej) z R-MAD. Zostały one zabrane na składowiska odpadów radioaktywnych na Obszarze 3 i 5. Około 5563 metrów sześciennych (7276 m3) skażonej gleby i 4250 metrów sześciennych (5560 m3) skażonego metalu i betonu zostało również usunięte do utylizacji. Kolejne 631 metrów sześciennych (825 metrów sześciennych) czystego metalu i sprzętu usunięto jako odpady.

Cela testowa A została zburzona w okresie od grudnia 2004 do lipca 2005 roku. Wiązało się to z usunięciem toksycznych i niebezpiecznych materiałów, w tym azbestu i folii otaczających przewody elektryczne, które zawierały kadm powyżej limitów składowisk. Stwierdzono, że farba zawiera polichlorowany bifenyl (PCB), ale nie powyżej limitów składowania. Około 27 ton (30 ton amerykańskich) cegieł ołowiowych znaleziono w różnych miejscach i usunięto. Były też ślady uranu i plutonu. Głównym wyzwaniem było wyburzenie betonowej ściany osłonowej zawierającej ślady europu -151, europu-153 i kobaltu -59, który w wyniku absorpcji neutronów przekształca się w radioaktywny europ-152, europ-154 i kobalt-60. Należało dołożyć starań, aby podczas wyburzania muru, który prowadzono przy użyciu materiałów wybuchowych, nie wytworzyć niebezpiecznego pyłu radioaktywnego. Rozbiórka obiektu R-MAD rozpoczęła się w październiku 2009 roku, a zakończyła w sierpniu 2010 roku.

Podsumowanie testu reaktora

Źródło:

Przypisy

Uwagi

Bibliografia