50 -talet av förra seklet var en period med snabb utveckling av kärnteknik. Supermakter byggde sina kärnvapenarsenaler, byggde kärnkraftverk, isbrytare, ubåtar och krigsfartyg med kärnkraftverk längs vägen. Ny teknik lovade stort. Till exempel hade kärnbåten inte några begränsningar för kryssningsområdet i nedsänkt läge, och "tankning" av kraftverket kunde göras med några års mellanrum. Naturligtvis hade kärnreaktorer också nackdelar, men deras inneboende fördelar kompenserade mer än alla kostnader för säkerhet. Med tiden intresserade den höga potentialen i kärnkraftssystem inte bara kommandot över flottorna utan också den militära luftfarten. Ett flygplan med en reaktor ombord kan ha mycket bättre flygegenskaper än sina bensin- eller fotogenmotstånd. Först och främst lockades militären av det teoretiska flygområdet för ett sådant bombplan, transportflygplan eller anti-ubåtflygplan.
I slutet av 1940 -talet blev de tidigare allierade i kriget med Tyskland och Japan - USA och Sovjetunionen - plötsligt bittra fiender. De geografiska särdragen i de båda ländernas ömsesidiga läge krävde skapandet av strategiska bombplan med ett interkontinentalt område. Den gamla tekniken var redan oförmögen att säkerställa leverans av atomammunition till en annan kontinent, vilket krävde skapandet av nya flygplan, utveckling av raketteknologi etc. Redan på fyrtiotalet var tanken på att installera en kärnreaktor på ett flygplan mogen hos amerikanska ingenjörer. Beräkningar av den tiden visade att ett flygplan som var jämförbart i vikt, storlek och flygparametrar med ett B-29-bombplan kunde spendera minst fem tusen timmar i luften vid en tankning med kärnbränsle. Med andra ord, även med den tidens ofullkomliga teknologier kan en kärnreaktor ombord med bara en tankning förse ett flygplan med energi under hela dess livslängd.
Den andra fördelen med den tidens hypotetiska atomikoletter var de temperaturer som reaktorn nådde. Med rätt konstruktion av ett kärnkraftverk skulle det vara möjligt att förbättra de befintliga turbojetmotorerna genom att värma upp arbetssubstansen med hjälp av en reaktor. Således blev det möjligt att öka energin från motorns jetgaser och deras temperatur, vilket skulle leda till en betydande ökning av dragkraften hos en sådan motor. Som ett resultat av alla teoretiska överväganden och beräkningar har flygplan med kärnmotorer i vissa huvuden förvandlats till ett universellt och oövervinnligt leveransfordon för atombomber. Ytterligare praktiskt arbete kylde emellertid glädjen hos sådana "drömmare".
NEPA -programmet
Tillbaka 1946 öppnade det nybildade amerikanska försvarsdepartementet NEPA -projektet (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Målet med detta program var att studera alla aspekter av avancerade kärnkraftverk för flygplan. Fairchild utsågs till huvudentreprenör för NEPA -programmet. Hon fick i uppdrag att studera utsikterna för strategiska bombplan och höghastighetsspaningsflygplan utrustade med kärnkraftverk, samt att forma utseendet på det senare. Fairchild -anställda bestämde sig för att börja arbeta med programmet med den mest angelägna frågan: pilots säkerhet och underhållspersonal. För detta placerades en kapsel med flera gram radium i lastutrymmet på bombplanet som användes som ett flygande laboratorium. I stället för en del av den vanliga besättningen deltog företagets anställda, "beväpnade" med Geiger -räknare, i experimentflygen. Trots den relativt små mängden radioaktiv metall i lastutrymmet överskred bakgrundsstrålningen den tillåtna nivån i alla flygplanets beboeliga volymer. Som ett resultat av dessa studier var Fairchild -anställda tvungna att gå ner till beräkningarna och ta reda på vilket skydd reaktorn skulle behöva för att säkerställa korrekt säkerhet. Redan preliminära beräkningar har tydligt visat att B-29-flygplanet helt enkelt inte kommer att kunna bära en sådan massa, och volymen på det befintliga lastutrymmet tillåter inte att reaktorn placeras utan att demontera bombställen. Med andra ord, i fallet med B-29, måste man välja mellan ett långt flygintervall (och även då, i en mycket avlägsen framtid) och åtminstone någon form av nyttolast.
Ytterligare arbete med att skapa en preliminär design av en flygplanreaktor stötte på nya och nya problem. Efter de oacceptabla vikt- och storleksparametrarna uppstod svårigheter med kontrollen av reaktorn under flygning, effektivt skydd av besättningen och strukturen, kraftöverföring från reaktorn till propellrarna och så vidare. Slutligen visade det sig att även med tillräckligt allvarligt skydd kan strålning från reaktorn negativt påverka flygplanets effektuppsättning och till och med smörjningen av motorerna, för att inte tala om den elektroniska utrustningen och besättningen. Enligt resultaten av förarbeten hade NEPA -programmet 1948, trots de spenderade tio miljoner dollarna, mycket tveksamma resultat. Sommaren 48 hölls en stängd konferens vid Massachusetts Institute of Technology om ämnet framtidsutsikter för kärnkraftverk för flygplan. Efter ett antal tvister och samråd kom de ingenjörer och forskare som deltog i evenemanget till slutsatsen att det i princip var möjligt att skapa ett atomflygplan, men dess första flygningar hänfördes bara till mitten av sextiotalet eller till och med till ett ännu senare datum.
Vid konferensen på MIT tillkännagavs skapandet av två koncept för avancerade kärnkraftsmotorer, öppna och stängda. Den "öppna" kärnstrålmotorn var en slags konventionell turbojetmotor, där den inkommande luften värms med en varm kärnreaktor. Den heta luften kastades ut genom munstycket och roterade samtidigt turbinen. Den senare satte igång kompressorns pumphjul. Nackdelarna med ett sådant system diskuterades omedelbart. På grund av behovet av luftkontakt med uppvärmningsdelarna i reaktorn orsakade kärnsäkerheten i hela systemet särskilda problem. Dessutom, för en acceptabel layout av flygplanet, måste reaktorn för en sådan motor vara mycket, mycket liten, vilket påverkade dess effekt och skyddsnivå.
En slutkärnig jetmotor måste fungera på ett liknande sätt, med den skillnaden att luften inuti motorn skulle värmas upp vid kontakt med själva reaktorn, men i en speciell värmeväxlare. Direkt från reaktorn, i det här fallet, föreslogs att värma ett visst kylvätska, och luften måste få temperatur vid kontakt med radiatorerna i den primära kretsen inuti motorn. Turbinen och kompressorn förblev på plats och fungerade på exakt samma sätt som på turbojets eller öppna kärnmotorer. Den slutna kretsmotorn införde inga särskilda begränsningar för reaktorns dimensioner och gjorde det möjligt att avsevärt minska utsläppen till miljön. Å andra sidan var ett särskilt problem valet av kylvätska för att överföra reaktorns energi till luften. Olika kylvätskor-vätskor gav inte rätt effektivitet, och sådana av metall krävde förvärmning innan motorn startades.
Under konferensen föreslogs flera originalmetoder för att höja besättningsskyddet. Först och främst gällde de skapandet av bärande element av en lämplig design, som oberoende skulle skydda besättningen från strålning från reaktorn. Mindre optimistiska forskare föreslog att inte riskera piloter, eller åtminstone deras reproduktiva funktion. Därför fanns det ett förslag om att ge högsta möjliga skyddsnivå och att rekrytera besättningar från äldre piloter. Slutligen dök upp idéer om att utrusta ett lovande atomflygplan med ett fjärrkontrollsystem så att människor under flygningen inte skulle riskera sin hälsa alls. Under diskussionen om det sista alternativet kom idén att placera besättningen i ett litet segelflygplan, som skulle dras bakom det atomdrivna flygplanet på en kabel av tillräcklig längd.
ANP -program
Konferensen på MIT, som fungerat som en slags brainstorming, hade en positiv effekt på programmets fortsatta förlopp för skapandet av atomdrivna flygplan. I mitten av 1949 lanserade den amerikanska militären ett nytt program som heter ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Denna gång innebar arbetsplanen förberedelser för skapandet av ett fullvärdigt flygplan med ett kärnkraftverk ombord. På grund av andra prioriteringar har listan över företag som deltar i programmet ändrats. Således anställdes Lockheed och Convair som utvecklare av flygplanets ram till ett lovande flygplan, och General Electric och Pratt & Whitney fick i uppdrag att fortsätta Fairchilds arbete med kärnkraftsmotorn.
I de tidiga stadierna av ANP -programmet fokuserade kunden mer på en säkrare sluten motor, men General Electric genomförde "uppsökande" till militärer och regeringstjänstemän. General Electric -anställda pressade på för enkelhet och som ett resultat av billigheten hos en öppen motor. De lyckades övertyga de ansvariga, och som ett resultat delades körriktningen för ANP -programmet i två oberoende projekt: en "öppen" motor utvecklad av General Electric och en sluten kretsmotor från Pratt & Whitney. Snart kunde General Electric driva igenom sitt projekt och uppnå särskild prioritet för det och därmed ytterligare finansiering.
Under ANP -programmet har ytterligare ett tillkommit till de redan befintliga kärnmotoralternativen. Den här gången föreslogs det att göra en motor som liknar ett kärnkraftverk i sin struktur: reaktorn värmer vattnet och den resulterande ångan driver turbinen. Den senare överför kraft till propellern. Ett sådant system, med lägre effektivitet i jämförelse med andra, visade sig vara det enklaste och mest praktiska för den snabbaste produktionen. Ändå blev denna version av kraftverket för atomdrivna flygplan inte den viktigaste. Efter några jämförelser beslutade beställaren och ANP -entreprenörerna att fortsätta utveckla "öppna" och "stängda" motorer och lämna ångturbinen som ett fallback.
Första proverna
1951-52 närmade sig ANP-programmet möjligheten att bygga det första prototypflygplanet. Convair YB-60 bombplan, som utvecklades vid den tiden, togs som grund för det, vilket var en djup modernisering av B-36 med en svepad vinge och turbojetmotorer. Kraftverket P-1 var speciellt utformat för YB-60. Den baserades på en cylindrisk enhet med en reaktor inuti. Kärnkraftsanläggningen gav en värmeeffekt på cirka 50 megawatt. Fyra GE XJ53 -turbojetmotorer kopplades till reaktorn genom ett rörsystem. Efter motorkompressorn passerade luften genom rören förbi reaktorkärnan och värmdes upp där, kastades ut genom munstycket. Beräkningar visade att luft ensam inte kommer att räcka för att kyla reaktorn, så tankar och rör för borvattenlösning infördes i systemet. Alla kraftverkssystem kopplade till reaktorn var planerade att monteras i bombplanets bakre lastutrymme, så långt som möjligt från de beboeliga volymerna.
YB-60 prototyp
Det är värt att notera att det också var planerat att lämna de inhemska turbojetmotorerna på YB-60-flygplanet. Faktum är att kärnmotorer med öppna kretsar förorenar miljön och ingen skulle låta detta ske i omedelbar närhet av flygfält eller bosättningar. Dessutom hade kärnkraftverket, på grund av tekniska egenskaper, dålig gasrespons. Därför var användningen bekväm och acceptabel endast för långa flygningar med marschfart.
En annan försiktighetsåtgärd, men av annan karaktär, var skapandet av ytterligare två flyglaboratorier. Den första av dem, betecknad NB-36H och eget namn Crusader ("Crusader"), var avsedd att kontrollera besättningens säkerhet. På serien B-36 installerades en tolvton cockpitaggregat, monterad av tjocka stålplåtar, blypaneler och 20 cm glas. För ytterligare skydd fanns en vattentank med bor bakom hytten. I korsfararens svansdel, på samma avstånd från cockpiten som på YB-60, installerades en experimentell ASTR-reaktor (Aircraft Shield Test Reactor) med en kapacitet på cirka en megawatt. Reaktorn kyldes med vatten, vilket överförde värmen från kärnan till värmeväxlare på den yttre ytan av flygkroppen. ASTR -reaktorn utförde ingen praktisk uppgift och fungerade endast som en experimentell strålningskälla.
NB-36H (X-6)
Testflygningar av NB-36H-laboratoriet såg ut så här: piloterna lyfte ett flygplan med en dämpad reaktor upp i luften, flög till testområdet över närmaste öken, där alla experiment utfördes. I slutet av experimenten stängdes reaktorn av och planet återvände till basen. Tillsammans med korsfararen tog ytterligare ett B-36 bombplan med instrumentering och en transport med marina fallskärmsjägare fart från Carswell flygfält. Vid en krasch av ett prototypflygplan skulle marinisterna landa bredvid vraket, stänga av området och ta del av att eliminera konsekvenserna av olyckan. Lyckligtvis klarade sig alla 47 flygningar med en fungerande reaktor utan en tvingad räddningslandning. Testflygningar har visat att ett kärnvapendrivet flygplan inte utgör något allvarligt hot mot miljön, naturligtvis, med korrekt drift och inga incidenter.
Det andra flyglaboratoriet, betecknat X-6, skulle också konverteras från B-36-bombplanet. De skulle installera en cockpit på det här planet, liknande enheten i "Korsfararen", och montera ett kärnkraftverk mitt i flygkroppen. Den senare designades på grundval av P-1-enheten och utrustades med nya GE XJ39-motorer, skapade på grundval av J47-turbojets. Var och en av de fyra motorerna hade en dragkraft på 3100 kgf. Intressant nog var kärnkraftverket ett monoblock utformat för att monteras på ett flygplan strax före flygningen. Efter landningen var det planerat att köra in X-6 i en specialutrustad hangar, ta bort reaktorn med motorer och placera dem i en speciell lagringsanläggning. I detta skede av arbetet skapades också en särskild rensningsenhet. Faktum är att efter avstängningen av jetmotorernas kompressorer upphörde reaktorn att kylas med tillräcklig effektivitet, och ett ytterligare sätt att säkerställa en säker avstängning av reaktorn var nödvändig.
Kontroll före flygning
Före starten av flygningar med flygplan med ett fullvärdigt kärnkraftverk beslutade amerikanska ingenjörer att bedriva lämplig forskning på markbaserade laboratorier. 1955 monterades en experimentell installation HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments). Den femton ton stora enheten monterades på basis av en järnvägsplattform. Innan experimenten påbörjades kunde det således tas ifrån människor. HTRE-1-enheten använde en skärmad kompakt uranreaktor med beryllium och kvicksilver. Två JX39 -motorer placerades också på plattformen. De började använda fotogen, sedan nådde motorerna drifthastighet, varefter luften från kompressorn på kommando från kontrollpanelen omdirigerades till reaktorns arbetsområde. Ett typiskt experiment med HTRE-1 varade i flera timmar och simulerade en lång flygning av en bombplan. I mitten av 56 nådde experimentenheten en termisk kapacitet på över 20 megawatt.
HTRE-1
Därefter designades HTRE-1-enheten i enlighet med det uppdaterade projektet, varefter den fick namnet HTRE-2. Den nya reaktorn och de nya tekniska lösningarna gav en effekt på 14 MW. Den andra versionen av det experimentella kraftverket var dock för stor för installation på flygplan. Därför började 1957 utformningen av HTRE-3-systemet. Det var ett djupt moderniserat P-1-system, anpassat för att fungera med två turbojetmotorer. Det kompakta och lätta HTRE-3-systemet gav 35 megawatt värmeeffekt. Våren 1958 började tester av den tredje versionen av markprovningskomplexet, vilket fullständigt bekräftade alla beräkningar och, viktigast av allt, utsikterna för ett sådant kraftverk.
Svår sluten krets
Medan General Electric prioriterade motorer med öppen krets slösade Pratt & Whitney ingen tid på att utveckla sin egen version av ett slutet kärnkraftverk. På Pratt & Whitney började de genast undersöka två varianter av sådana system. Den första innebar den mest uppenbara strukturen och driften av anläggningen: kylvätskan cirkulerar i kärnan och överför värme till motsvarande del av jetmotorn. I det andra fallet föreslogs att slipa kärnbränsle och placera det direkt i kylvätskan. I ett sådant system skulle bränslet cirkulera längs hela kylvätskekretsen, men kärnklyvning skulle bara inträffa i kärnan. Det var tänkt att uppnå detta med hjälp av den korrekta formen av reaktorns och rörledningernas huvudvolym. Som ett resultat av forskningen var det möjligt att bestämma de mest effektiva formerna och storlekarna på ett sådant rörsystem för att cirkulera kylvätskan med bränsle, vilket säkerställde en effektiv drift av reaktorn och bidrog till att ge en god skyddsnivå mot strålning.
Samtidigt visade sig det cirkulerande bränslesystemet vara för komplext. Vidareutveckling följde huvudsakligen vägen för "stationära" bränsleelement som tvättades med ett kylvätska av metall. Som det senare övervägdes olika material, men svårigheter med korrosionsbeständighet hos rörledningar och tillhandahållande av cirkulation av flytande metall tillät oss inte att stanna kvar på metallkylvätskan. Som ett resultat måste reaktorn utformas för att använda mycket överhettat vatten. Enligt beräkningar ska vattnet ha nått en temperatur på cirka 810-820 ° i reaktorn. För att hålla det i flytande tillstånd var det nödvändigt att skapa ett tryck på cirka 350 kg / cm2 i systemet. Systemet visade sig vara mycket komplext, men mycket enklare och mer lämpligt än en reaktor med metallkylvätska. År 1960 hade Pratt & Whitney slutfört arbetet med deras kärnkraftverk för flygplan. Förberedelserna började för att testa det färdiga systemet, men i slutändan genomfördes dessa tester inte.
Trist slut
NEPA- och ANP-programmen har hjälpt till att skapa dussintals ny teknik, liksom ett antal intressanta kunskaper. Men deras huvudsakliga mål - skapandet av ett atomflygplan - inte ens 1960 kunde inte uppnås inom de närmaste åren. 1961 kom J. Kennedy till makten, som omedelbart blev intresserad av framsteg inom kärnteknik för luftfart. Eftersom dessa inte observerades, och kostnaderna för programmen nådde helt otydliga värden, visade sig ödet för ANP och alla atomdrivna flygplan vara en stor fråga. Över ett och ett halvt decennium spenderades mer än en miljard dollar på forskning, design och konstruktion av olika testenheter. Samtidigt var byggandet av ett färdigt flygplan med ett kärnkraftverk fortfarande en fråga om en avlägsen framtid. Naturligtvis kan ytterligare utgifter för pengar och tid föra atomflygplanet till praktisk användning. Kennedy -administrationen beslutade emellertid annorlunda. Kostnaden för ANP -programmet växte ständigt, men det blev inget resultat. Dessutom har ballistiska missiler fullt ut bevisat sin höga potential. Under den första halvan av 61: an undertecknade den nye presidenten ett dokument enligt vilket allt arbete på atomdrivna flygplan borde ha stoppats. Det är värt att notera att Pentagon fattade ett kontroversiellt beslut strax innan, på 60: e året, enligt vilket allt arbete på öppna kraftverk stoppades och all finansiering tilldelades”slutna” system.
Trots viss framgång när det gäller att skapa kärnkraftverk för luftfart ansågs ANP -programmet misslyckat. Under en tid, samtidigt med ANP, utvecklades kärnmotorer för lovande missiler. Dessa projekt gav dock inte det förväntade resultatet. Med tiden stängdes de också, och arbetet i riktning mot kärnkraftverk för flygplan och missiler stannade helt. Då och då försökte olika privata företag att genomföra en sådan utveckling på eget initiativ, men inget av dessa projekt fick statligt stöd. Det amerikanska ledarskapet, efter att ha tappat tron på utsikterna för atomdrivna flygplan, började utveckla kärnkraftverk för flottan och kärnkraftverk.
