A múlt század ötvenes évei a nukleáris technológia gyors fejlődésének időszakát jelentették. A szuperhatalmak építették nukleáris arzenáljukat, atomerőműveket, jégtörőket, tengeralattjárókat és hadihajókat építettek atomerőművekkel. Az új technológiák sokat ígértek. Például a nukleáris tengeralattjárónak nem voltak korlátozásai a víz alatti helyzetben a cirkáló tartományban, és az erőmű „tankolása” néhány évente megtörténhet. Természetesen az atomreaktoroknak is voltak hátrányai, de ezek előnyei több, mint ellensúlyozzák a biztonság minden költségét. Idővel az atomenergia -rendszerek nagy lehetőségei nemcsak a haditengerészet, hanem a katonai repülés irányítását is érdekelték. Egy repülőgép, amelynek fedélzetén reaktor van, sokkal jobb repülési jellemzőkkel rendelkezhet, mint a benzin- vagy kerozin társai. Először is a katonaságot vonzotta egy ilyen bombázó, szállító repülőgép vagy tengeralattjáró elleni repülőgép elméleti repülési tartománya.
A negyvenes évek végén a Németországgal és Japánnal vívott háború korábbi szövetségesei - az USA és a Szovjetunió - hirtelen keserű ellenségek lettek. Mindkét ország kölcsönös elhelyezkedésének földrajzi adottságai megkövetelték, hogy stratégiai bombákat hozzanak létre interkontinentális hatótávolsággal. A régi technológia már nem tudta biztosítani az atomi lőszerek másik kontinensre történő szállítását, ami új repülőgépek létrehozását, rakétatechnika fejlesztését stb. Már a negyvenes években megérett az amerikai mérnökök fejében az ötlet, hogy nukleáris reaktort telepítsenek repülőgépre. Az akkori számítások azt mutatták, hogy egy B-29-es bombázóval súlyban, méretben és repülési paraméterekben összehasonlítható repülőgép legalább ötezer órát tudott a levegőben tölteni egy nukleáris üzemanyag-utántöltéssel. Más szóval, még az akkori tökéletlen technológiák mellett is, a fedélzeten lévő nukleáris reaktor egyetlen tankolás után energiát tudna szolgáltatni a repülőgépnek teljes élettartama alatt.
Az akkori hipotetikus atomelették második előnye a reaktor által elért hőmérséklet volt. Az atomerőmű helyes kialakításával lehetőség lenne a meglévő turboreaktív motorok fejlesztésére a munkaanyag reaktor segítségével történő felmelegítésével. Így lehetővé vált a motor sugárgázainak energiájának és hőmérsékletének növelése, ami az ilyen motor tolóerejének jelentős növekedéséhez vezetne. Minden elméleti megfontolás és számítás eredményeként a néhány fejben nukleáris hajtóművel rendelkező repülőgépek univerzális és legyőzhetetlen szállítójárművé váltak atombombákhoz. A további gyakorlati munka azonban hűtötte az ilyen "álmodozók" lelkesedését.
NEPA program
Még 1946 -ban az újonnan alakult amerikai védelmi minisztérium megnyitotta a NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft) projektet. Ennek a programnak a célja az volt, hogy tanulmányozza a repülőgépek fejlett atomerőműveinek minden aspektusát. Fairchildet nevezték ki a NEPA program vezető vállalkozójává. Azt az utasítást kapta, hogy tanulmányozza a stratégiai bombázók és az atomerőművekkel felszerelt nagysebességű felderítő repülőgépek kilátásait, valamint alakítsa ki az utóbbiak megjelenését. A Fairchild alkalmazottai úgy döntöttek, hogy a programon a legsürgetőbb kérdéssel kezdik a munkát: a pilóták és a karbantartó személyzet biztonsága. Ehhez egy több gramm rádiumot tartalmazó kapszulát helyeztek a repülő laboratóriumként használt bombázó rakterébe. A törzsszemélyzet egy része helyett a cég alkalmazottai, Geiger -számlálókkal "felfegyverkezve" vettek részt a kísérleti repüléseken. Annak ellenére, hogy a csomagtérben viszonylag kis mennyiségű radioaktív fém található, a háttérsugárzás a repülőgép összes lakható térfogatában meghaladta a megengedett szintet. E vizsgálatok eredményeként a Fairchild alkalmazottainak le kellett számolniuk, és meg kellett találniuk, hogy a reaktornak milyen védelemre van szüksége a megfelelő biztonság érdekében. Már az előzetes számítások egyértelműen kimutatták, hogy a B-29 típusú repülőgép egyszerűen nem lesz képes ilyen tömeget szállítani, és a meglévő raktér térfogata nem teszi lehetővé a reaktor elhelyezését a bombaállványok szétszerelése nélkül. Más szóval, a B-29 esetében választani kellene a hosszú repülési távolság (és még akkor is, a nagyon távoli jövőben) és legalább valamiféle hasznos teher között.
A repülőgép -reaktor előzetes tervének kidolgozásán folyó további munkálatok újabb és újabb problémákba ütköztek. Az elfogadhatatlan súly- és méretparaméterek nyomán nehézségek jelentkeztek a reaktor repülés közbeni vezérlésével, a személyzet és a szerkezet hatékony védelmével, az erőátvitel a reaktorról a propellerekre stb. Végül kiderült, hogy még a kellően komoly védelem mellett is a reaktor sugárzása negatívan befolyásolhatja a repülőgép teljesítményét, sőt a motorok kenését is, nem beszélve az elektronikus berendezésekről és a személyzetről. Az előzetes munka eredményei szerint a NEPA -program 1948 -ra, az elköltött tízmillió dollár ellenére, nagyon kétes eredményeket hozott. 48 nyarán a Massachusettsi Technológiai Intézetben zárt konferenciát tartottak a repülőgépek atomerőműveinek kilátásairól. Az eseményen részt vevő mérnökök és tudósok számos vitát és konzultációt követően arra a következtetésre jutottak, hogy elvileg lehetséges atomrepülőgép létrehozása, de első repüléseit csak a hatvanas évek közepének vagy akár egy későbbi időnek tulajdonították. dátum.
Az MIT konferenciáján bejelentették, hogy két koncepciót hoznak létre a fejlett nukleáris motorokhoz, nyitott és zárt. A "nyitott" nukleáris sugárhajtómű egyfajta hagyományos turboreaktív motor volt, amelyben a bejövő levegőt forró nukleáris reaktorral melegítik. A forró levegőt a fúvókán keresztül dobták ki, ezzel egyidejűleg forgatva a turbinát. Ez utóbbi elindította a kompresszor járókereket. Az ilyen rendszer hátrányait azonnal megvitatták. Mivel szükség volt a levegő érintkezésére a reaktor fűtő részeivel, az egész rendszer nukleáris biztonsága különleges problémákat okozott. Ezenkívül a repülőgép elfogadható elrendezéséhez az ilyen motor reaktorának nagyon -nagyon kicsinek kellett lennie, ami befolyásolta annak teljesítményét és védelmi szintjét.
Egy zárt típusú nukleáris sugárhajtóműnek is hasonló módon kellett működnie, azzal a különbséggel, hogy a motor belsejében lévő levegő felmelegszik, ha magával a reaktorral érintkezik, de egy speciális hőcserélőben. Közvetlenül a reaktorból ebben az esetben egy bizonyos hűtőfolyadék felmelegítését javasolták, és a levegő hőmérsékletét fel kellett emelnie, amikor a motor belsejében lévő primer kör radiátoraival érintkezett. A turbina és a kompresszor a helyén maradt, és pontosan ugyanúgy működött, mint a turboreaktorok vagy a nyílt típusú nukleáris motorok. A zárt körű motor nem vezetett különleges korlátozásokat a reaktor méreteire, és lehetővé tette a környezetbe történő kibocsátás jelentős csökkentését. Másfelől különleges problémát jelentett a hűtőfolyadék kiválasztása a reaktor energiájának a levegőbe történő továbbítására. Különböző hűtőfolyadékok-folyadékok nem biztosították a megfelelő hatékonyságot, a fémek pedig előmelegítést igényeltek a motor beindítása előtt.
A konferencia során számos eredeti módszert javasoltak a személyzet védelmének fokozására. Mindenekelőtt a megfelelő kialakítású teherhordó elemek létrehozására vonatkoztak, amelyek függetlenül megvédik a személyzetet a reaktor sugárzásától. A kevésbé optimista tudósok azt javasolták, hogy ne kockáztassák a pilótákat, vagy legalábbis reproduktív funkciójukat. Ezért volt egy javaslat a lehető legmagasabb szintű védelem biztosítására, és a legénység toborzására idős pilótákból. Végül ötletek jelentek meg egy ígéretes atomrepülőgép távfelügyeleti rendszerrel való felszerelésére vonatkozóan, hogy a repülés során az emberek egyáltalán ne kockáztassák az egészségüket. Az utolsó lehetőség tárgyalásakor felmerült az ötlet, hogy a személyzetet egy kis vitorlázórepülőgépbe helyezzük, amelyet állítólag kellő hosszúságú kábelen vontatni kellett az atomerőművel.
ANP program
Az MIT konferenciája, amely egyfajta ötletbörze volt, pozitív hatással volt az atomerőművek létrehozására irányuló program további menetére. 1949 közepén az amerikai hadsereg új programot indított ANP (Aircraft Nuclear Propulsion) néven. A munkaterv ezúttal előkészületeket tett egy teljes értékű repülőgép létrehozására, fedélzetén atomerőművel. Más prioritások miatt a programban részt vevő vállalkozások listája megváltozott. Így Lockheedet és Convair -t vették fel egy ígéretes repülőgép repülőgépvázának fejlesztőiként, a General Electric és a Pratt & Whitney pedig azt a feladatot kapta, hogy folytassák Fairchild nukleáris sugárhajtóművel kapcsolatos munkáját.
Az ANP -program korai szakaszában az ügyfél inkább a biztonságosabb zárt motorra összpontosított, de a General Electric "tájékoztatást" nyújtott a katonai és kormányzati tisztviselőknek. A General Electric alkalmazottai az egyszerűségre és ennek következtében a nyitott motor olcsóságára törekedtek. Sikerült meggyőzniük az illetékeseket, és ennek eredményeképpen az ANP program haladási iránya két független projektre oszlott: a General Electric által kifejlesztett "nyitott" motorra és a Pratt & Whitney zárt körű motorjára. Hamarosan a General Electric képes volt végigvinni projektjüket, és kiemelt prioritást és ennek következtében további finanszírozást elérni.
Az ANP -program során a már meglévő nukleáris hajtóművekhez hozzáadtak egy másikat. Ezúttal azt javasolták, hogy olyan motort készítsenek, amely szerkezetében atomerőműhöz hasonlít: a reaktor melegíti a vizet, és a keletkező gőz hajtja a turbinát. Ez utóbbi átadja az energiát a légcsavarnak. Egy ilyen rendszer, amely alacsonyabb hatékonysággal rendelkezik a többihez képest, a legegyszerűbbnek és a legkényelmesebbnek bizonyult a leggyorsabb gyártáshoz. Ennek ellenére az atomerőműves repülőgépek erőművének ez a verziója nem lett a fő. Némi összehasonlítás után az ügyfél és az ANP -vállalkozók úgy döntöttek, hogy folytatják a "nyitott" és "zárt" motorok fejlesztését, így a gőzturbina tartalékként marad.
Első minták
1951-52-ben az ANP program megközelítette az első repülőgép-prototípus megépítésének lehetőségét. Alapjául az akkor fejlesztés alatt álló Convair YB-60 bombázót vették, ami a B-36 mélyreható korszerűsítése volt, szárnyas és turbóhajtású motorokkal. A P-1 erőművet kifejezetten az YB-60-hoz tervezték. Alapja egy hengeres egység volt, benne reaktorral. Az atomerőmű mintegy 50 megawatt hőteljesítményt biztosított. Négy GE XJ53 turboreaktív motor csővezetéken keresztül csatlakozott a reaktorhoz. A motor -kompresszor után a levegő áthaladt a csöveken a reaktormag mellett, és ott felmelegedve a fúvókán keresztül kivezetődött. A számítások azt mutatták, hogy a levegő önmagában nem lesz elegendő a reaktor hűtéséhez, ezért a bórvizes oldathoz tartályokat és csöveket vezettek be a rendszerbe. A reaktorhoz csatlakoztatott összes erőműrendszert a bombázó hátsó rakterébe tervezték felszerelni, amennyire csak lehetséges a lakható térfogatoktól.
YB-60 prototípus
Érdemes megjegyezni, hogy azt is tervezték, hogy az YB-60 repülőgépen hagyják a natív turboreaktív motorokat. A tény az, hogy a nyitott áramkörű nukleáris motorok szennyezik a környezetet, és senki sem engedné ezt megtenni a repülőterek vagy települések közvetlen közelében. Ezenkívül az atomerőmű műszaki tulajdonságai miatt gyenge gázreakcióval rendelkezett. Ezért használata kényelmes és elfogadható volt csak hosszú utazásoknál, utazósebességgel.
Egy másik elővigyázatossági intézkedés, de eltérő jellegű volt, két további repülő laboratórium létrehozása. Az első, NB-36H jelzésű és keresztnevű ("Crusader"), célja a személyzet biztonságának ellenőrzése volt. A B-36 sorozatba tizenkét tonnás pilótafülke szerelhető, amelyet vastag acéllemezekből, ólompanelekből és 20 cm-es üvegből szereltek össze. További védelem érdekében a vezetőfülke mögött víztartály volt bórral. A Crusader farokrészébe, a pilótafülkével azonos távolságra, mint az YB-60-hoz, egy kísérleti ASTR reaktor (Aircraft Shield Test Reactor) került beépítésre, amely körülbelül egy megawatt. A reaktort vízzel hűtötték, amely a mag hőjét a törzs külső felületén lévő hőcserélőkre továbbította. Az ASTR reaktor gyakorlati feladatot nem látott el, és csak kísérleti sugárforrásként működött.
NB-36H (X-6)
Az NB-36H laboratórium tesztrepülései így néztek ki: a pilóták csillapított reaktorral rendelkező repülőgépet emeltek a levegőbe, a legközelebbi sivatag fölött a vizsgálati területre repültek, ahol minden kísérletet elvégeztek. A kísérletek végén a reaktort lekapcsolták, és a gép visszatért a bázisra. A Cruswell-el együtt a Carswell repülőteréről felszállt egy másik B-36-os bombázó, műszerekkel és szállítógéppel tengerészernyősökkel. A repülőgép prototípusának lezuhanása esetén a tengerészgyalogosoknak a roncsok mellett kellett leszállniuk, kordonozniuk a területet, és részt venniük a baleset következményeinek felszámolásában. Szerencsére mind a 47 működő reaktoros járat kényszermentő leszállás nélkül teljesített. A tesztrepülések kimutatták, hogy egy nukleáris erővel működő repülőgép természetesen nem jelent komoly veszélyt a környezetre, megfelelő működés és incidensek nélkül.
A második repülő laboratóriumot, amelyet X-6 jelzéssel láttak el, szintén a B-36 bombázóból kellett átalakítani. Ezen a gépen egy pilótafülkét akartak felszerelni, hasonlóan a "Crusader" egységéhez, és egy atomerőművet szereltek fel a törzs közepére. Ez utóbbit a P-1 egység alapján tervezték, és új GE XJ39 motorokkal szerelték fel, amelyeket a J47 turboreaktorok alapján hoztak létre. Mind a négy motor hajtóereje 3100 kgf volt. Érdekes módon az atomerőmű monoblokk volt, amelyet közvetlenül a repülés előtt repülőgépre szereltek. A leszállás után azt tervezték, hogy az X-6-ot egy speciálisan felszerelt hangárba hajtják, a reaktort motorokkal eltávolítják, és egy speciális tárolóba helyezik. A munka ezen szakaszában egy speciális tisztítóegységet is létrehoztak. A tény az, hogy a sugárhajtóművek kompresszorainak leállítása után a reaktor leállt a megfelelő hatásfokú hűtéssel, és további eszközökre volt szükség a reaktor biztonságos leállításához.
Repülés előtti ellenőrzés
A teljes értékű atomerőművel rendelkező repülőgépek járatainak megkezdése előtt az amerikai mérnökök úgy döntöttek, hogy megfelelő kutatásokat végeznek a földi laboratóriumokban. 1955-ben összeállították a HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments) kísérleti installációt. Az ötven tonnás egységet vasúti peron alapján állították össze. Így a kísérletek megkezdése előtt el lehetett venni az emberektől. A HTRE-1 egység árnyékolt kompakt uránreaktort használt berilliumot és higanyt használva. Emellett két JX39 motort helyeztek el a peronon. Kerozint használtak, majd a motorok elérték az üzemi sebességet, majd a vezérlőpanel parancsára a kompresszor levegőjét átirányították a reaktor munkaterületére. Egy tipikus kísérlet a HTRE-1-gyel több órán át tartott, és egy bombázó hosszú repülését szimulálta. 56 közepére a kísérleti egység elérte a 20 megawattot meghaladó hőteljesítményt.
HTRE-1
Ezt követően a HTRE-1 egységet a frissített projektnek megfelelően újratervezték, amely után a HTRE-2 nevet kapta. Az új reaktor és az új műszaki megoldások 14 MW teljesítményt nyújtottak. A kísérleti erőmű második változata azonban túl nagy volt a repülőgépekre való telepítéshez. Ezért 1957-re megkezdődött a HTRE-3 rendszer tervezése. Ez egy mélyen korszerűsített P-1 rendszer volt, amelyet két turboreaktív motorral való munkavégzéshez igazítottak. A kompakt és könnyű HTRE-3 rendszer 35 megawatt hőteljesítményt biztosított. 1958 tavaszán megkezdődtek a földi tesztkomplexum harmadik verziójának tesztelései, amelyek teljes mértékben megerősítették az összes számítást, és ami a legfontosabb, egy ilyen erőmű kilátásait.
Nehéz zárt kör
Míg a General Electric a nyitott áramkörű motorokat részesítette előnyben, a Pratt & Whitney nem vesztegette az idejét a zárt atomerőmű saját verziójának kifejlesztésére. A Pratt & Whitney -nél azonnal megkezdték az ilyen rendszerek két változatának vizsgálatát. Az első magában foglalta a létesítmény legnyilvánvalóbb felépítését és működését: a hűtőfolyadék kering a magban, és hőt továbbít a sugárhajtómű megfelelő részébe. A második esetben azt javasolták, hogy őröljék meg a nukleáris üzemanyagot, és helyezzék közvetlenül a hűtőfolyadékba. Egy ilyen rendszerben az üzemanyag a teljes hűtőfolyadék -körben keringne, azonban maghasadás csak a magban történne. Ezt a reaktor és a csővezetékek fő térfogatának megfelelő alakjával kellett volna elérni. A kutatás eredményeként sikerült meghatározni a hűtőfolyadék üzemanyaggal történő keringtetésére szolgáló ilyen csővezetékek rendszerének leghatékonyabb alakját és méretét, ami biztosította a reaktor hatékony működését és hozzájárult a sugárzás elleni jó védelem biztosításához..
Ugyanakkor a keringtető üzemanyag -rendszer túl bonyolultnak bizonyult. A továbbfejlesztés elsősorban a "helyhez kötött" üzemanyag -elemek útját követte, amelyeket fémhűtőfolyadék mosott. Utóbbiként különböző anyagokat is figyelembe vettek, azonban a csővezetékek korrózióállóságával és a folyékony fém keringtetésével kapcsolatos nehézségek nem tették lehetővé, hogy a fémhűtőfolyadékon foglalkozzunk. Ennek eredményeként a reaktort úgy kellett megtervezni, hogy erősen túlhevített vizet használjon. A számítások szerint a víznek körülbelül 810-820 ° C hőmérsékletet kellett elérnie a reaktorban. Folyékony állapotban tartásához körülbelül 350 kg / cm2 nyomást kellett létrehozni a rendszerben. A rendszer nagyon bonyolultnak bizonyult, de sokkal egyszerűbb és alkalmasabb, mint egy fém hűtőfolyadékkal ellátott reaktor. 1960 -ra a Pratt & Whitney befejezte a repülőgépek atomerőművével kapcsolatos munkálatokat. Megkezdődtek az előkészületek a kész rendszer tesztelésére, de végül ezekre a tesztekre nem került sor.
Szomorú vége
A NEPA és az ANP programok több tucat új technológia, valamint számos érdekes know-how létrehozásában segítettek. Fő céljukat - az atomrepülőgép létrehozását - azonban még 1960 -ban sem lehetett elérni a következő néhány évben. 1961 -ben J. Kennedy került hatalomra, aki azonnal érdeklődni kezdett a repülés nukleáris technológiájának fejlődése iránt. Mivel ezeket nem tartották be, és a programok költségei teljesen obszcén értékeket értek el, az ANP és az összes atomerőművel ellátott repülőgép sorsa nagy kérdésnek bizonyult. Másfél évtized alatt több mint egymilliárd dollárt költöttek különböző vizsgálati egységek kutatására, tervezésére és építésére. Ugyanakkor egy kész repülőgép építése atomerőművel még a távoli jövő kérdése volt. Természetesen további pénz- és időráfordítások gyakorlatilag felhasználhatják az atomrepülőgépet. A Kennedy -kormány azonban másként döntött. Az ANP program költségei folyamatosan növekedtek, de eredmény nem volt. Ezenkívül a ballisztikus rakéták teljes mértékben bizonyították nagy potenciáljukat. A 61. első felében az új elnök aláírta azt a dokumentumot, amely szerint az atomerőművel végzett minden munkát le kellett volna állítani. Érdemes megjegyezni, hogy röviddel azelőtt, a 60. évben a Pentagon vitatott döntést hozott, amely szerint a nyílt típusú erőművekkel kapcsolatos minden munkát leállítottak, és minden támogatást „zárt” rendszerekre osztottak.
Annak ellenére, hogy a légiközlekedési atomerőművek létrehozása terén némi siker született, az ANP -programot sikertelennek tekintették. Egy ideig az ANP -vel egyidejűleg az ígéretes rakétákhoz nukleáris motorokat fejlesztettek ki. Ezek a projektek azonban nem hozták meg a várt eredményt. Idővel ezeket is bezárták, és a repülőgépek és rakéták atomerőművei irányába végzett munka teljesen leállt. Időről időre különböző magánvállalatok saját kezdeményezésükre próbáltak ilyen fejlesztéseket végrehajtani, de egyik projekt sem kapott állami támogatást. Az amerikai vezetés, miután elvesztette hitét az atomerőművek kilátásaiban, elkezdett atomerőműveket fejleszteni a flotta és az atomerőművek számára.
