ГлавнаяМитенков Ф. М. → 42 узла при хорошем звуке

Митенков Федор Михайлович

Академик РАН, конструктор ядерных силовых установок для ВМФ и атомных ледоколов. Производственную деятельность начал в 1950 году в конструкторском бюро Горьковского машиностроительного завода, где занимался теоретическим обоснованием проектов диффузионных машин для получения обогащенного урана. С 1969 года почти 30 лет возглавлял ОКБМ им. И.И. Африкантова.

42 узла при хорошем звуке

Я успешно закончил физический факультет Саратовского университета имени Чернышевского, и мой профессор Александр Давидович Степухович, который руководил организованной им же лабораторией химической физики, к моей радости, пригласил меня в аспирантуру. Он возлагал на меня определенные надежды, так как под его руководством, еще студентом, я подготовил к публикации три работы по кинетике цепного распада этана. Я успел даже сдать вступительные экзамены, когда неожиданно для всех попал в поле зрения специальной комиссии из Москвы, отбиравшей перспективных выпускников-физиков для распределения по линии Первого главного управления, в ведении которого находилась вся атомная промышленность. Хотя факультет поддерживал мое желание заниматься чистой наукой, отвертеться от приказа могущественного ведомства я не смог и в результате в конце 1950 года вместо аспирантуры попал на знаменитый Артиллерийский завод имени Сталина (позже Горьковский машиностроительный завод) для работы в Особом конструкторском бюро.

Нужно было заниматься широким кругом вопросов, решение которых порой было чрезвычайно сложным и столь же увлекательным. И задачи были интересные, к счастью, и наука интересная, так что то, чем мне пришлось здесь заниматься более пятидесяти лет, скучным не назовешь. Но вначале, помню, мне там не очень понравилось: на заводе, как мне тогда казалось, к теории относились весьма пренебрежительно, считали главным критерием исследовательской работы практику и предпочитали расчетам натурные опыты, реализацию в железе. А я готовился к университетской науке, и, учтя это, тогдашний главный конструктор ОКБ Анатолий Иванович Савин (один из создателей ракетно-космической обороны страны, в 1960-е он разработал знаменитые истребители спутников — оружие для уничтожения орбитальных средств нападения, потом он стал академиком) направил меня в расчетное подразделение, которое тогда занималось именно обогащением урана и участвовало в разработке газодиффузионных машин.

В начале 1950-х уже работали первые советские диффузионные обогатительные заводы в Новоуральске и Томске. Но проблема заключалась в невысокой производительности диффузионного оборудования и огромной энергозатратности процесса, так что в то время увеличение выпуска оружейного урана во многом зависело как раз от вопросов энергетики. А представьте себе, какая в те годы была электроэнергетика где-нибудь в Сибири! Приходилось строить мощные электростанции специально для работы таких предприятий. Поэтому эти машины продолжали совершенствоваться и в Ленинграде, и здесь у нас, в Горьком. И в некоторых вопросах мы ленинградцев опередили. Мы смогли создать компрессор так называемого половинного расхода, который потреблял электроэнергии в разы меньше своего предшественника. Когда мы сдавали эти новые машины заказчикам, они просто пришли в восторг от того, что экономится столько электроэнергии.

Потом эта удачная разработка была передана и в конкурирующее ОКБ ленинградского Кировского завода. Здесь вышла такая история. То, что мы сделали, было событием, которое интересовало всю отрасль, потому что обогащение урана тогда было одной из ключевых задач всей страны. Главный конструктор ленинградского КБ Николай Михайлович Синев позвонил моему руководителю Игорю Ивановичу Африкантову (выдающийся конструктор, долгие годы возглавлял ОКБ Горьковского машиностроительного завода, а позже и ОКБМ, возникшее на месте конструкторского бюро) и попросил: «Нам стало известно, что Митенкову удалось существенно уменьшить затраты электроэнергии. Мы же занимаемся одной проблемой, не передадите нам необходимую информацию?». Игорь Иванович понимал, насколько важна наша разработка для отрасли, для страны в целом, и попросил меня помочь ленинградским товарищам. Я ему ответил, что мы, конечно, все им передадим, но закавыка в том, что теоретически осмыслить полученное нам самим не удалось, так как мы достигли успеха опытным путем. Я поехал в Ленинград и честно им все последовательно рассказал. Рассказал, что вопреки мнению академика Миллионщикова (Михаил Дмитриевич Миллионщиков — известный специалист в области аэрогидродинамики, механики и прикладной физики, в то время научный руководитель проектов по совершенствованию газодиффузионных машин) предложил использовать вместо осевого компрессора центробежный, и что Африкантов поддержал меня. Поведал им, как мы меняли конструкцию сверхзвукового компрессора, как я мучил своих конструкторов, пока искали необходимую геометрию лопаток на выходе из компрессора и перепробовали все, что можно было, а получив нужную лопатку, стали ее просто буквально копировать, повторяя эту, можно сказать, в значительной степени случайную находку. Рассказал и то, что теоретически объяснить, изложив какой-то математической функцией, какими-то алгоритмами, почему и как это работает в сверхзвуковых течениях, мы не готовы, потому что просто сами не понимаем всего.

Но не пошло это дело в Ленинграде. Как будто скопировали они все. Я же им конструкцию свою всю привез в чертежах. Они повторили все по нашей документации, но у них не получилось. Николай Михайлович позвонил Африкантову и серьезно сказал: а все-таки ваш порученец Митенков не сказал всего, что знал. Я Игорю Ивановичу поклялся, что это не так. Я, кстати, впервые рассказываю эту историю, и до сей поры очень неприятно вспоминать, что мне не поверили до конца. А позже уже сам академик Миллионщиков предложил мне изложить результаты в работе на базе накопленных материалов по центробежному варианту компрессора, и под его научным руководством я подготовил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук. Но вопросы, конечно, остались и после этой работы.

Все годы я следил за изучением процессов в сверхзвуковых течениях, имел хорошие связи с учеными ЦАГИ (Центрального аэрогидродинамического института имени Жуковского). Представьте себе, та же сложность с теорией и в авиации, с ней и сейчас конструкторы сталкиваются при проектировании сверхзвуковой техники. Объяснить все получается не всегда. Ведь не случайно тот же ЦАГИ построил когда-то специальные стенды в натуральную величину, с помощью которых и сейчас ищут решения с точки зрения управления такими самолетами, и многие из таких решений по-прежнему находят только благодаря практическим изысканиям.

В 50-е мы взялись за работу над судовыми реакторами, что логично вытекало из нашей работы и над диффузионными машинами, и над промышленными реакторами (для наработки плутония). В 1953 году нашему ОКБ было поручено проектирование первой атомной установки для ледокола «Ленин». Африкантов попросил меня подумать, нужно ли отдавать разработку главного циркуляционного насоса реактора на сторону или сможем сделать сами. Я подумал, что раз мы справились с компрессорами, то и с насосами должно все получиться. Этот ледокол стал весьма большим техническим достижением нашей страны, он первым прошел от Мурманска до Берингова пролива и обратно, нигде не задерживаясь. Американцы сделали похожее судно почти одновременно с нами, но оно у них проработало недолго, а у нас «Ленина» вывели из эксплуатации после наработки более ста тысяч часов, причем только из-за изношенности корпуса судна, а его ядерная установка (ЯУ) сохраняла полную работоспособность, не было выявлено никакого заметного износа деталей. Электрические, механические и гидравлические характеристики ЯУ сохранили свои проектные значения.

Теперь относительно морской военной тематики. Центр тяжести наших работ со временем действительно переместился на создание атомных установок для военно-морского флота, для подлодок и других кораблей, включая даже глиссеры. Одновременно с работой над реактором «Ленина» у нас началось проектирование установок для военных моряков. Наше ОКБ привлекли к этому проекту, когда группа конструкторов и ученых из НИИ-8 (теперь это НИКИЭТ), возглавляемая Николаем Антоновичем Доллежалем, уже какое-то время работала над энергетической установкой. Мы разработали свой блочный вариант водо-водяной реакторной установки. Вопрос отбора проекта обсуждался на отраслевом научно-техническом совете. С точки зрения конструкции и технологий наш вариант настолько выигрывал по сравнению с тем, что было у Доллежаля, что главк вынужден был принять решение о выборе именно нашего проекта, и в целом эти основные результаты нашей работы использовались для всех последующих судовых реакторных установок.

Тогда мы работали с Курчатовским институтом. А с ФЭИ мы стали сотрудничать, когда Александр Ильич Лейпунский (выдающийся советский физик-ядерщик, руководил программой создания ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем для ВМФ) предложил использовать в качестве теплоносителя эвтектику — смесь свинца с висмутом. И мы, кстати, длительное время работали над этим вместе с ним. У нас со специалистами ФЭИ были хорошие отношения, но по некоторым концептуальным вопросам мы с ними не просто спорили, а даже ссорились. Мы взялись за это задание под напором начальника главка, поручившего нашему ОКБМ изготовить наземный прототип жидкометаллического реактора для ВМФ. Отказаться было нельзя, но мы никогда не скрывали и своего скептического отношения к проекту с таким теплоносителем в целом. В итоге потратили много усилий, довели до положительного результата, до работоспособного реактора, но я всегда и везде, где нужно, конечно, даже на заседаниях совета ВПК говорил, что свинцово-висмутовый теплоноситель для использования в военно-морском флоте — тяжелая нагрузка. Главный конструктор лодки (Александр Карпович Назаров, конструктор АПЛ в СКБ-143, впоследствии СПМБМ «Малахит») сказал даже как-то на одном из заседаний, что в первый раз видит, как автор успешного проекта от него сам же отказывается. При использовании такого теплоносителя выделялся очень опасный для людей ядовитый полоний, были проблемы с поддержанием теплоносителя в жидком состоянии во время стоянки лодок, для этого нужна была специальная печь, и так далее. Положительным же было то, что наша установка с этим теплоносителем обеспечила самую высокую скорость подводного хода в мире — 42 узла при хорошем звуке. Потом подольский КБ «Гидропресс» принял у нас дела и продолжил проектировать на металлическом теплоносителе. Позже были созданы силовые установки с водо-водяными реакторами, показавшие, что можно получить похожие характеристики, в том числе по скорости, без тех непреодолимых трудностей, которые характерны для свинцово-висмутовых реакторов.

Применительно к энергетическим быстрым реакторам мы по рекомендации Лейпунского с самого начала как на теплоноситель ориентировались на натрий, хотя он бурно реагирует с водой и водяным паром. Решающими для нас стали его исключительно хорошие теплофизические свойства: высокая теплопроводность, большая теплоемкость. К тому же у натрия пониженное коррозионное воздействие на конструкционные материалы реактора, и он довольно просто чистится по ходу эксплуатации. Мы к этой работе относились очень серьезно, потому что знали, что для энергетики будущего нужно строить не один реактор, а серию, ведь они способны фактически навсегда решить проблему ядерного топлива. Первый демонстрационный энергетический реактор на быстрых нейтронах БН-350 мы ввели в строй в 1973 году на Мангышлаке, около города Шевченко. На восточном побережье Каспия, теперь это город Актау. Там море очень соленое, и мы часть мощности, получаемой в реакторной установке, использовали для опреснения воды методом выпаривания, а частично тратили на выработку электроэнергии. В течение многих лет работал этот реактор без каких-либо приключений. Но главное то, что, эксплуатируя установку, мы набирались бесценного опыта.

Конечно, без проблем не обошлось. К сожалению, здесь сказались некоторые недоработки ФЭИ, научного руководителя проекта, в части стендовых испытаний. Когда мы перед пуском стали заполнять систему, выяснилось, что натрий не идет, случился затор. Борис Федорович Громов (замдиректора ФЭИ, возглавил программу по жидкометаллическим ЯУ после смерти Лейпунского) утверждал, что они в институте изучили натрий как теплоноситель якобы до предела. У них в ФЭИ давно работал экспериментальный натриевый реактор БР-5, но объем натрия в нем меньше двух кубических метров, а у нас-то на БН-350 — больше 500. Тем не менее Громов считал, что это мы что-то не так сделали. Приехал сам со своими специалистами, повторили они всю технологическую операцию; натрий сначала пошел, а потом снова встал. Мы стали размышлять и пришли к заключению: из-за того, что диаметр трубопровода достаточно большой, по мере его заполнения скорость уменьшается, натрий переохлаждается, и образуются пробки. Эту идею, что скорости, поверхности, объемы — все это действует совместно и в этом причина того, что мы каждый раз натыкаемся на пробки, я высказал Борису Федоровичу. Мы это все подработали, запустили, и в целом БН-350 показал запроектные характеристики, а у нас сложилось убеждение, что с учетом этого опыта мы сможем создать уже серийный реактор БН-500, известный теперь как БН-600. Но работая над новым БН, мы стали еще осторожнее относиться ко всем технологическим процессам с натрием. Провели много натурных испытаний, потому что главным для нас было убедиться в правильности расчетов по физике этих процессов. У 350-го была довольно сложная петлевая схема отвода тепла, но он проработал довольно надежно двадцать пять лет, а для 500-го мы придумали поворотную конструкцию, которая обеспечивала при необходимости возможность демонтажа, и можно было очистить зазоры, если они забивались натрием. Эту реакторную установку мы запустили в 1980 году на Белоярской АЭС, она до сих пор действует, и это не опытный какой-то экспериментальный блок — он фактически создан по серийной технологии.

БН-800 по конструктиву близок к БН-500, только мощность на нем больше. Мы все проверили, дополнительно убедились в его надежной работоспособности, так что нет оснований думать, что неожиданно может проявиться что-то новое с точки зрения эксплуатации. Еще в более полной мере возможности быстрого натриевого реактора мы сейчас воплощаем в БН-1200, разрабатываемом как раз в рамках «Прорыва». Что же касается установки со свинцовым теплоносителем, то декларируют, что она может быть эффективнее натриевого по технико-экономическим показателям и безопасности. Мы как разработчики быстрого натриевого реактора в этом не уверены. Пусть сначала сделают хотя бы демонстрационный образец, пусть он поработает. Пока же, я считаю, нашему натриевому реактору альтернативы нет. На мой взгляд, если серьезно относиться к быстрым реакторам, то, безусловно, работа должна вестись с натриевым теплоносителем.

Я не случайно рассказал про пуск БН-350. Казалось бы, натрий в Обнинске к тому времени изучили досконально, все попробовали, все просчитали, и тем не менее случилась та непредвиденная ситуация. Свинец же вообще не изученный теплоноситель, в этом плане нужно много работать. Кто-то сможет обоснованно гарантировать, что к определенному году этот реактор будет работать? Я этим вопросом (тогда это был проект «Брест-300») очень серьезно занимался по поручению Александра Юрьевича Румянцева, когда он был министром по атомной энергии (с 2001-го по 2005 год). Он просил меня проделать анализ надежности подобного реактора и просчитать теоретически возможные аварийные состояния. Используя возможности вычислительной техники саровского ВНИИЭФа, мы, в частности, показали и доказали, что в таком реакторе может реализоваться наложение бегущей волны (идущей, к примеру, от прохудившегося теплообменника), отраженной от стен реактора, и не исключена соответствующая взрывная реакция. Это, кстати, очень оригинальный и интересный с точки зрения физиков вопрос — отраженная волна в таких условиях.

Я никак не мог достучаться до наших руководителей с проектом ЯУ с полной естественной циркуляцией теплоносителя (ЕЦТ). Такой установке не нужны циркуляционные насосы, поэтому она получается дешевле, а с технической точки зрения — намного проще и безопаснее. Эта технология позволяет в аварийных случаях снять тепло с активной зоны, не прибегая к принудительной циркуляции от внешних источников питания, и будь она у японцев в нужный момент, ничего бы с «Фукусимой» не случилось. Американцы многое делают для того, чтобы разработать подобный реактор; насколько я знаю, недавно они собрали установку, но она у них не пошла. Французы в этом плане тоже очень много стараются. Сейчас у них ЕЦТ используется только для обеспечения тишины, акустических характеристик, а при основном движении все равно включаются циркуляционные насосы. В свое время я соблазнил наших специалистов этой увлекательной задачей, сказал: «Американцы не могут, французы не могут, значит, придется нам браться за это дело».

Мы спроектировали такую реакторную установку для флота. В 1994 году руководство разрешило мне даже, не выдавая секретов, сделать доклад на конференции в Лионе. На мое выступление собрались, как мне показалось по заданным потом профессиональным вопросам, одни представители офицерского состава, французы, да и не только они. Главный специалист, отвечающий за французскую атомную отрасль, предлагал нам создать совместное предприятие, американцы упрашивали: давайте совместно поработаем над таким реактором. Но к тому времени мы уже так далеко зашли в наших разработках, что руководство не согласилось работать с ними, ссылаясь на секретность. С тех пор прошло уже много лет, и я предлагал хотя бы статью опубликовать, чтобы обозначить наши приоритеты, американцы-то все подряд патентуют, а мне — «надо подумать», вот до сих пор думаем.

Установка надежно проработала двенадцать с половиной лет на стенде нашего постоянного партнера (в сосновоборском НИТИ им. А.П. Александрова под Петербургом, где в 1996 году был пущен стенд под ЕЦТ-реактор). При этом обеспечивалась естественная циркуляция с учетом принятой у военных процедуры смены режимов, причем ее характеристики даже несколько превысили наши теоретические оценки. Этой ЯУ чрезвычайно заинтересовались генеральные конструкторы лодок, в частности - Игорь Дмитриевич Спасский, в свое время генеральный конструктор ЦКБ морской техники «Рубин»; их очень устраивало, что все управление установкой идет от величины расхода теплоносителя через реактор. Но вот эта новизна смущает некоторых наших руководителей, а я уже просто устал их агитировать. Ведь эта разработка имеет значение не только для флота: на принципе моноблочной установки с всережимной ЕЦТ, в котором все оборудование первого контура размещается в корпусе реактора, можно и обязательно надо строить стационарные энергоблоки. Это будет небольшая интегральная ЯУ с высокой гарантией безопасности. Ее несложно будет доставить в собранном виде в отдаленные районы Сибири или на арктическое побережье, чтобы обеспечить энергетикой освоение этого ключевого для России края.

 

 

 

Предприятия: Курчатовский институт, Российский научный центр (Лаборатория № 2 Академии наук СССР, Лаборатория измерительных приборов АН СССР, ЛИПАН, Институт атомной энергии Академии наук СССР им. И.В. Курчатова), Министерство среднего машиностроения СССР, аппарат (Минсредмаш СССР, Министерство атомной энергетики и промышленности СССР, Министерство Российской Федерации по атомной энергии, Минатом России, Федеральное агентство по атомной энергии, Росатом, Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», госкорпорация «Росатом»), НИКИЭТ (ОАО «Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н. А. Доллежаля» (Особый сектор гидрооборудования при НИИхиммаше, НИИ-8, Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники), ОКБМ Африкантов (АО «Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова», ОКБ по проектированию специальных машин), ФЭИ имени А. И. Лейпунского (Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт имени А. И. Лейпунского, Лаборатория «В»)

Персоналии: Александров А. П., Африкантов И.И., Доллежаль Н. А., Лейпунский А. И., Миллионщиков М.Д.