Опитът, натрупан през 50-70-те години на XX век, ще бъде полезен и през XXI век
Може да изглежда странно, че ядрената енергия, която е здраво вкоренена в земята, в хидросферата и дори в космоса, не се е утвърдила във въздуха. Това е случаят, когато очевидните съображения за безопасност (макар и не само те) превъзхождат очевидните технически и експлоатационни ползи от въвеждането на атомни електроцентрали (NPS) в авиацията.
Междувременно вероятността от тежки последици от инциденти с такива самолети, при условие че са перфектни, едва ли може да се счита за по -висока в сравнение с космическите системи, използващи атомни електроцентрали (АЕЦ). И за обективност си струва да припомним: инцидентът на съветския изкуствен земен спътник Kosmos-954 от тип US-A, който се случи през 1978 г. с падането на фрагментите му на територията на Канада, настъпил през 1978 г., не доведе до съкращаване на системата за морско космическо разузнаване и обозначаване на целите. (MKRTs) „Легенда“, чийто елемент бяха устройствата US-A (17F16-K).
От друга страна, условията на експлоатация на авиационна атомна електроцентрала, предназначена да създава тяга чрез генериране на топлина в ядрен реактор, доставян във въздуха в газотурбинен двигател, са напълно различни от тези на сателитните атомни електроцентрали, които са термоелектрически генератори. Днес са предложени две схематични схеми на авиационна система за ядрено управление - отворен и затворен тип. Схемата с отворен тип предвижда загряване на сгъстения въздух от компресора директно в каналите на реактора с последващото му изтичане през струйната дюза, а затвореният тип осигурява нагряване на въздуха с помощта на топлообменник, в затворен контур на който охлаждащата течност циркулира. Затворената верига може да бъде едно- или двуконтурна, а от гледна точка на осигуряване на експлоатационна безопасност втората опция изглежда най-предпочитана, тъй като реакторният блок с първата верига може да бъде поставен в защитна удароустойчива обвивка, плътността от които предотвратяват катастрофални последици в случай на авиационни произшествия.
В авиационни ядрени системи от затворен тип могат да се използват реактори с вода под налягане и реактори с бързи неутрони. При внедряване на двуконтурна схема с „бърз“реактор в първия кръг на NPS, както течните алкални метали (натрий, литий), така и инертният газ (хелий) ще бъдат използвани като охлаждаща течност, а във втората алкални метали (течен натрий, евтектична натриева стопилка и др.) калий).
ВЪВ ВЪЗДУХ - РЕАКТОР
Идеята за използване на ядрената енергия в авиацията е предложена през 1942 г. от един от ръководителите на проекта в Манхатън Енрико Ферми. Тя се интересува от командването на ВВС на САЩ и през 1946 г. американците се впускат в проекта NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), предназначен да определи възможностите за създаване на бомбардировач и разузнавателен самолет с неограничен обсег.
На първо място, беше необходимо да се проведат изследвания, свързани с противорадиационната защита на екипажа и персонала на наземната служба, и да се даде вероятностно-ситуационна оценка на възможните аварии. За да се ускори работата, проектът NEPA през 1951 г. е разширен от ВВС на САЩ до целевата програма ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). В рамките на компанията General Electric разработи отворена верига, а компанията Pratt-Whitney разработи затворена верига на YSU.
За тестване на бъдещия авиационен ядрен реактор (изключително в режим на физически изстрелвания) и биологична защита, серийният стратегически бомбардировач B-36H Peacemaker на компанията Convair беше предназначен с шест бутални и четири турбореактивни двигателя. Това не беше ядрен самолет, а просто летяща лаборатория, където трябваше да се тества реакторът, но беше обозначен с NB -36H - ядрен бомбардировач („атомна бомбардировачка“). Пилотската кабина беше трансформирана в оловна и гумена капсула с допълнителна стомана и оловен щит. За да се предпази от неутронно излъчване, във фюзелажа бяха поставени специални панели, пълни с вода.
Прототипът на самолетен реактор ARE (Aircraft Reactor Experiment), създаден през 1954 г. от Националната лаборатория Oak Ridge, се превръща в първия в света хомогенен ядрен реактор с мощност 2,5 MW на гориво от разтопена сол - натриев флуорид и циркониеви и уранови тетрафлуориди.
Предимството на този тип реактори се крие в фундаменталната невъзможност за инцидент с разрушаване на ядрото, а самата смес от горивна сол, в случай на авиационен блок от затворен тип, би действала като първична охлаждаща течност. Когато като охлаждаща течност се използва разтопена сол, толкова по -висок, в сравнение, например, с течен натрий, топлинният капацитет на стопената сол позволява използването на циркулационни помпи с малки размери и се възползва от намаляване на разхода на метал на проектирането на реакторната инсталация като цяло и ниската топлопроводимост е трябвало да осигури стабилността на двигателя на ядрения самолет срещу внезапни скокове на температурата в първия кръг.
Въз основа на реактора ARE американците са разработили експериментална авиация YSU HTRE (експеримент с реактор за пренос на топлина). Без да се замисля, General Dynamics проектира ядрения двигател на самолета X-39 на базата на серийния турбореактивен двигател J47 за стратегически бомбардировачи B-36 и B-47 „Stratojet“-вместо горивна камера, ядрото на реактора беше поставено в него.
Convair възнамеряваше да достави X-39 на X-6-може би неговият прототип ще бъде свръхзвуковият стратегически бомбардировач B-58 Hustler, който направи първия си полет през 1956 г. Освен това беше разгледана и атомната версия на опитен дозвуков бомбардировач от същата компания YB-60. Американците обаче се отказаха от системата за ядрено управление на авиацията с отворена верига, считайки, че ерозията на стените на въздушните канали на ядрото на реактора Х-39 ще доведе до факта, че самолетът ще остави след себе си радиоактивна следа, замърсявайки околната среда.
Надеждата за успех беше обещана от по-безопасната от радиация атомна електроцентрала от затворен тип на компанията Pratt-Whitney, към създаването на която участва и General Dynamics. За тези двигатели компанията "Convair" започва изграждането на експериментален самолет NX-2. Разработват се както турбореактивни, така и турбовитлови версии на ядрени бомбардировачи с атомни електроцентрали от този тип.
Приемането през 1959 г. на междуконтиненталните балистични ракети „Атлас“, способни да нанасят удари по цели в СССР от континенталната част на САЩ, неутрализира програмата ANP, особено след като производствените образци на атомни самолети едва ли биха се появили преди 1970 г. В резултат на това през март 1961 г. цялата работа в тази област в Съединените щати е спряна от личното решение на президента Джон Кенеди и никога не е построен истински атомен самолет.
Летната проба от самолетния реактор ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), разположена в бомбеното отделение на летящата лаборатория NB-36H, беше реактор с бързи неутрони с мощност 1 MW, който не беше свързан с двигателите и работеше на уранов диоксид и се охлаждаше от въздушен поток, поет през специални въздухозаборници. От септември 1955 г. до март 1957 г. NB-36H извърши 47 полета с ASTR над необитаеми райони на щатите Ню Мексико и Тексас, след което колата никога не беше вдигната в небето.
Трябва да се отбележи, че ВВС на САЩ също се занимават с проблема за ядрен двигател за крилати ракети или, както беше обичайно да се казва до 60 -те години на миналия век, за самолети със снаряди. Като част от проекта Плутон Лабораторията в Ливърмор създаде две проби от ядрения реактивен реактивен двигател Тори, който се планираше да бъде инсталиран на свръхзвуковата крилата ракета SLAM. Принципът на "атомно нагряване" на въздуха чрез преминаване през ядрото на реактора тук беше същият като при ядрени газотурбинни двигатели от отворен тип, само с една разлика: двигателят с реактивен реактор няма компресор и турбина. Тори, успешно тествани на земята през 1961-1964 г., са първите и засега единствените действително действащи авиационни (по-точно ракетни и авиационни) атомни електроцентрали. Но този проект също беше затворен като безнадежден на фона на успехите при създаването на балистични ракети.
Настигнете и изпреварвайте
Разбира се, идеята за използване на ядрената енергия в авиацията, независимо от американците, се развива и в СССР. Всъщност на Запад не без основание подозираха, че подобна работа се извършва в Съветския съюз, но с първото разкриване на факта за тях те попаднаха в бъркотия. На 1 декември 1958 г. Aviation Week съобщава: СССР създава стратегически бомбардировач с ядрени двигатели, което предизвика значително вълнение в Америка и дори помогна за поддържане на интереса към програмата ANP, която вече беше започнала да изчезва. Въпреки това, в чертежите, придружаващи статията, редакционният художник изобразява доста точно самолета М-50 на експерименталното конструкторско бюро на В. М. Мясищев, което всъщност се разработва по това време, с напълно „футуристичен“вид, който имаше конвенционални турбореактивни двигатели. Между другото, не е известно дали тази публикация е последвана от „разборка“в КГБ на СССР: работата по М-50 се проведе в атмосфера на най-строга тайна, бомбардировачът направи първия си полет по-късно от споменаването в западната преса, през октомври 1959 г., а колата е представена на широката публика едва през юли 1961 г. на въздушния парад в Тушино.
Що се отнася до съветската преса, за първи път за атомния самолет беше разказано в най -общи термини от списание „Техника - Младеж“още в № 8 за 1955 г.: „Атомната енергия се използва все повече в промишлеността, енергетиката, селското стопанство и лекарство. Но не е далеч времето, когато ще се използва в авиацията. От летищата гигантски машини лесно ще се издигат във въздуха. Ядрените самолети ще могат да летят почти колкото искате, без да потъват на земята в продължение на месеци, правейки десетки непрекъснати полети около света със свръхзвукова скорост. Списанието, намекващо за военното предназначение на превозното средство (гражданските самолети не трябва да са в небето „колкото искате“), въпреки това представи хипотетична схема на товарен пътнически самолет с атомна електроцентрала от отворен тип.
Колективът на Мясищевски обаче, а не сам, наистина се занимаваше със самолети с атомни електроцентрали. Въпреки че съветските физици изучават възможността за тяхното създаване от края на 40 -те години, практическата работа в тази посока в Съветския съюз започва много по -късно, отколкото в САЩ, а началото е поставено с постановлението на Министерския съвет на СССР No 1561-868 от 12 август 1955г. Според него ОКБ-23 В. М. Мясищев и ОКБ-156 А. Н. Туполев, както и самолетен двигател ОКБ-165 А. М. Люлка и ОКБ-276 Н. Д. Кузнецов са имали задача да разработят атомни стратегически бомбардировачи.
Самолетният ядрен реактор е проектиран под ръководството на академиците И. В. Курчатов и А. П. Александров. Целта беше същата като тази на американците: да се сдобие с кола, която след излитане от територията на страната ще може да порази цели навсякъде по света (на първо място, разбира се, в САЩ).
Характеристика на съветската програма за атомна авиация беше, че тя продължи дори когато темата вече беше забравена в САЩ.
По време на създаването на ядрената система за управление диаграмите с отворена и затворена верига бяха подробно анализирани. И така, по схемата с отворен тип, която получи код „В“, конструкторското бюро „Люлка“разработи два типа атомно -турбореактивни двигатели -аксиални, с преминаване на вала на турбокомпресора през пръстеновиден реактор и „люлеещи се рамена“- с вал извън реактора, разположен в извит път на потока. От своя страна конструкторското бюро на Кузнецов работи по двигателите по затворената схема "А".
Конструкторското бюро на Мясищев веднага се зае с решаването на най-очевидно трудната задача-да проектира атомни свръхбързи тежки бомбардировачи. Дори и днес, разглеждайки диаграмите на бъдещите автомобили, направени в края на 50 -те години, определено може да се видят особеностите на техническата естетика на 21 -ви век! Това са проектите на самолети "60", "60М" (ядрен хидроплан), "62" за двигателите в Люлковск по схемата "В", както и "30" - вече под двигателите на Кузнецов. Очакваните характеристики на бомбардировача "30" са впечатляващи: максимална скорост - 3600 км / ч, крейсерска скорост - 3000 км / ч.
Въпросът обаче не стигна до подробния проект на ядрения самолет „Мясищев“поради ликвидирането на ОКБ-23 в независим капацитет и въвеждането му в ракетата и космическия ОКБ-52 на В. Н. Челомей.
На първия етап от участието в програмата екипът на Туполев трябваше да създаде летяща лаборатория, подобна по предназначение на американската NB-36H с реактор на борда. Получава наименованието Ту-95LAL, той е построен на базата на сериен турбовитлов тежък стратегически бомбардировач Ту-95М. Нашият реактор, подобно на американския, не беше свързан с двигателите на самолета -носител. Основната разлика между съветския самолетен реактор и американския е, че той е с водно охлаждане, с много по-ниска мощност (100 kW).
Битовият реактор се охлаждаше от водата от първи контур, което от своя страна даваше топлина на водата от вторичния кръг, която се охлаждаше от потока въздух, който преминаваше през въздухозаборника. Така беше разработена схематичната диаграма на атомния турбовитлов двигател NK-14A Кузнецов.
Летящата ядрена лаборатория Ту-95ЛАЛ през 1961-1962 г. вдига реактора във въздуха 36 пъти както в работещо, така и в "студено" състояние, за да проучи ефективността на системата за биологична защита и влиянието на радиацията върху системите на самолетите. Според резултатите от тестовете председателят на Държавния комитет по авиационни технологии П. В. Дементьев обаче отбелязва в бележката си до ръководството на страната през февруари 1962 г.: с ЕГУ е разработен в ОКБ -301 С. А. Лавочкин. - К. Ч.), тъй като извършената изследователска работа е недостатъчна за разработването на прототипи на военна техника, тази работа трябва да бъде продължена."
При разработването на проектния резерв на ОКБ-156 конструкторското бюро на Туполев разработи на базата на бомбардировача Ту-95 проект на експериментален самолет Ту-119 с атомни турбовитлови двигатели НК-14А. Тъй като задачата за създаване на бомбардировач със свръх далечен обсег с появата в СССР на междуконтинентални балистични ракети и балистични ракети с морска база (на подводници) е загубила критичното си значение, Туполевите разглеждат Ту-119 като преходен модел на начинът за създаване на ядрен противолодочен самолет на базата на далечния пътнически самолет Ту-114, който също „израсна“от Ту-95. Тази цел беше напълно в съответствие със загрижеността на съветското ръководство относно разполагането на американците през 60 -те години на ядрена ракетна система подводница с МБР Polaris и след това Посейдон.
Проектът на такъв самолет обаче не беше реализиран. Останаха на етапа на проектиране и плановете за създаване на семейство свръхзвукови бомбардировачи Туполев с YSU под кодовото име Ту-120, които, подобно на атомния въздушен ловец за подводници, се планираха да бъдат тествани през 70-те години …
Независимо от това, на Кремъл хареса идеята да се даде на военноморската авиация противолодочен самолет с неограничен обхват на полета за борба с ядрените подводници на НАТО във всеки регион на океаните. Освен това тази машина е трябвало да носи колкото се може повече боеприпаси от противолодочни оръжия - ракети, торпеда, дълбочинни заряди (включително ядрени) и сонарни шамандури. Ето защо изборът падна върху тежък военно-транспортен самолет Ан-22 „Антей“с товароносимост 60 тона-най-големият широкофюзелажен турбовитлов самолет в света. Бъдещият самолет Ан-22ПЛО беше планиран да бъде оборудван с четири атомно-турбовитлови двигателя НК-14А вместо стандартния НК-12МА.
Програмата за създаване на такъв невидим във всеки друг парк от крилата машина получи кодовото име „Aist“, а реакторът за NK-14A е разработен под ръководството на академик А. П. Александров. През 1972 г. на борда на летящата лаборатория Ан-22 (общо 23 полета) започват изпитанията на реактора и се прави заключение за безопасността му при нормална експлоатация. А в случай на сериозна авария се предвиждаше отделянето на реакторния блок и първи контур от падащия самолет с меко кацане с парашут.
Като цяло авиационният реактор "Aist" се превърна в най -съвършеното постижение на ядрената наука и технология в своята област на приложение.
Като се има предвид, че на базата на самолет Ан-22 се планира и създаването на междуконтинентална стратегическа авиационна ракетна система Ан-22Р с подводна балистична ракета Р-27, е ясно какъв мощен потенциал би могъл да получи такъв носител, ако е прехвърлен на „атомна тяга” »С двигатели NK-14A! И въпреки че нещата не се стигнаха до изпълнението както на проекта Ан-22PLO, така и на проекта Ан-22Р, трябва да се посочи, че въпреки това страната ни е изпреварила САЩ в областта на създаването на авиационна атомна електроцентрала.
Няма съмнение, че този опит, въпреки своята екзотичност, все още може да бъде полезен, но на по -високо ниво на качество на изпълнение.
Развитието на безпилотни системи за разузнаване и ударни самолети с голям дълъг обсег може да следва пътя на използването на ядрени системи върху тях-такива предположения вече се правят в чужбина.
Учените прогнозират също, че до края на този век милиони пътници вероятно ще бъдат транспортирани с пътнически самолети с ядрена енергия. В допълнение към очевидните икономически ползи, свързани със замяната на авиационния керосин с ядрено гориво, говорим за рязко намаляване на приноса на авиацията, която с прехода към ядрени енергийни системи ще престане да „обогатява“атмосферата с въглероден диоксид, до глобалния парников ефект.
Според автора авиационните ядрени системи биха се вписали идеално в търговските авиационно-транспортни комплекси на бъдещето на базата на супер-тежки товарни самолети: например същият гигантски „въздушен ферибот“М-90 с товароносимост 400 тона, предложен от проектантите на експерименталния машиностроителен завод на името на В. М. Мясищев.
Разбира се, има проблеми по отношение на промяната на общественото мнение в полза на ядрената гражданска авиация. Ще трябва да бъдат решени и сериозни въпроси, свързани с осигуряването на ядрената и антитерористичната сигурност (между другото, експертите споменават вътрешното решение с парашутното „изстрелване“на реактора в случай на извънредна ситуация). Но пътят, пробит преди повече от половин век, ще бъде овладян от проходилката.
