Петдесетте години на миналия век бяха период на бързо развитие на ядрените технологии. Свръхсили изградиха своите ядрени арсенали, изграждайки атомни електроцентрали, ледоразбивачи, подводници и военни кораби с атомни електроцентрали по пътя. Новите технологии обещаваха много. Например, атомната подводница не е имала никакви ограничения за обхвата на плаване в потопено положение и „зареждането с гориво“на електроцентралата може да се извършва на всеки няколко години. Разбира се, ядрените реактори също имаха недостатъци, но присъщите им предимства повече от компенсират всички разходи за безопасност. С течение на времето високият потенциал на ядрените енергийни системи заинтересува не само командването на флота, но и военната авиация. Самолет с реактор на борда може да има много по -добри летателни характеристики от своите аналози на бензин или керосин. На първо място, военните бяха привлечени от теоретичния полет на такъв бомбардировач, транспортен самолет или противолодочен самолет.
В края на 40 -те години бившите съюзници във войната с Германия и Япония - САЩ и СССР - изведнъж се превърнаха в ожесточени врагове. Географските особености на взаимното разположение на двете страни изискват създаването на стратегически бомбардировачи с междуконтинентален обхват. Старата технология вече не беше в състояние да осигури доставката на атомни боеприпаси на друг континент, което изискваше създаването на нови самолети, разработването на ракетни технологии и т.н. Още през четиридесетте години идеята за инсталиране на ядрен реактор на самолет е узряла в съзнанието на американските инженери. Изчисленията по това време показаха, че самолет, сравним по тегло, размер и параметри на полета с бомбардировач В-29, може да прекара най-малко пет хиляди часа във въздуха при едно зареждане с ядрено гориво. С други думи, дори и с несъвършените технологии от онова време, ядрен реактор на борда само с едно зареждане може да осигури на самолет енергия през целия му експлоатационен живот.
Второто предимство на хипотетичните атомиколети от онова време са температурите, достигнати от реактора. При правилното проектиране на атомна електроцентрала би било възможно да се подобрят съществуващите турбореактивни двигатели чрез нагряване на работното вещество с помощта на реактор. Така стана възможно да се увеличи енергията на реактивните газове на двигателя и тяхната температура, което би довело до значително увеличаване на тягата на такъв двигател. В резултат на всички теоретични съображения и изчисления самолетите с ядрени двигатели в някои глави се превърнаха в универсално и непобедимо средство за доставка на атомни бомби. По -нататъшната практическа работа обаче охлажда пламъка на такива „мечтатели“.
Програма NEPA
Още през 1946 г. новосформираното Министерство на отбраната на САЩ открива проекта NEPA (Ядрена енергия за задвижване на самолети). Целта на тази програма беше да се проучат всички аспекти на модерните атомни електроцентрали за самолети. Феърчайлд беше назначен за водещ изпълнител на програмата NEPA. Тя беше инструктирана да проучи перспективите за стратегически бомбардировачи и високоскоростни разузнавателни самолети, оборудвани с атомни електроцентрали, както и да оформи външния вид на последните. Служителите на Fairchild решиха да започнат работа по програмата с най -належащия въпрос: безопасността на пилотите и обслужващия персонал. За тази цел капсула с няколко грама радий беше поставена в товарното отделение на бомбардировача, използван като летяща лаборатория. Вместо част от редовния екипаж, в експерименталните полети участваха служители на компанията, „въоръжени“с гишетата на Гайгер. Въпреки сравнително малкото количество радиоактивен метал в товарното отделение, фоновата радиация надвишава допустимото ниво във всички обитаеми обеми на самолета. В резултат на тези проучвания служителите на Fairchild трябваше да се справят с изчисленията и да разберат каква защита ще се нуждае от реактора, за да осигури подходяща безопасност. Вече предварителните изчисления ясно показаха, че самолетът В-29 просто няма да може да носи такава маса, а обемът на съществуващото товарно отделение няма да позволи поставянето на реактора без демонтиране на бомбените стелажи. С други думи, в случая с В-29 човек би трябвало да избира между дълъг обхват на полета (и дори тогава, в много далечно бъдеще) и поне някакъв вид полезен товар.
По -нататъшната работа по създаването на идеен проект на самолетен реактор се сблъсква с нови и нови проблеми. След неприемливите параметри на тегло и размер се появиха трудности с управлението на реактора по време на полет, ефективната защита на екипажа и конструкцията, прехвърлянето на мощност от реактора към витлата и т.н. Накрая се оказа, че дори при достатъчно сериозна защита радиацията от реактора може да повлияе отрицателно на мощността на самолета и дори на смазването на двигателите, да не говорим за електронното оборудване и екипажа. Според резултатите от предварителната работа, програмата на NEPA до 1948 г., въпреки изразходваните десет милиона долара, имаше много съмнителни резултати. През лятото на 48 г. в Масачузетския технологичен институт се проведе закрита конференция на тема перспективите за атомни електроцентрали за самолети. След редица спорове и консултации инженерите и учените, участващи в събитието, стигнаха до заключението, че по принцип е възможно да се създаде атомен самолет, но първите му полети се дължат само на средата на 60-те години или дори на по-късно дата.
На конференцията в MIT беше обявено създаването на две концепции за модерни ядрени двигатели, отворени и затворени. "Отвореният" ядрено -реактивен двигател беше нещо като конвенционален турбореактивен двигател, при който входящият въздух се нагрява с помощта на горещ ядрен реактор. Горещият въздух се изхвърля през дюзата, като едновременно върти турбината. Последният задейства колелата на компресора. Веднага бяха обсъдени недостатъците на такава система. Поради необходимостта от въздушен контакт с нагревателните части на реактора, ядрената безопасност на цялата система предизвика специални проблеми. Освен това, за приемливо разположение на самолета, реакторът на такъв двигател трябваше да бъде много, много малък, което се отрази на неговата мощност и ниво на защита.
Ядрено-реактивен двигател от затворен тип трябваше да работи по подобен начин, с тази разлика, че въздухът в двигателя ще се нагрее при контакт със самия реактор, но в специален топлообменник. В този случай директно от реактора беше предложено да се загрее определена охлаждаща течност и въздухът трябваше да набере температура при контакт с радиаторите на първи контур в двигателя. Турбината и компресорът остават на място и работят по абсолютно същия начин, както при турбореактивни двигатели или ядрени двигатели от отворен тип. Двигателят със затворен кръг не налага специални ограничения за размерите на реактора и дава възможност за значително намаляване на емисиите в околната среда. От друга страна, специален проблем беше изборът на охлаждаща течност за прехвърляне на енергията на реактора във въздуха. Различните охлаждащи течности-течности не осигуряват подходяща ефективност, а металните изискват предварително загряване преди стартиране на двигателя.
По време на конференцията бяха предложени няколко оригинални метода за повишаване нивото на защита на екипажа. На първо място, те се отнасяха до създаването на носещи елементи с подходяща конструкция, които независимо да предпазват екипажа от радиацията на реактора. По -малко оптимистични учени предложиха да не рискуват пилотите или поне тяхната репродуктивна функция. Затова имаше предложение за осигуряване на възможно най -високо ниво на защита и за набиране на екипажи от възрастни пилоти. Накрая се появиха идеи относно оборудването на обещаващ атомен самолет със система за дистанционно управление, така че хората по време на полета изобщо да не рискуват здравето си. По време на обсъждането на последния вариант се появи идеята екипажът да бъде поставен в малък планер, който трябваше да бъде теглен зад самолета с атомна енергия по кабел с достатъчна дължина.
ANP програма
Конференцията в MIT, служеща като своеобразна сесия за мозъчна атака, оказа положителен ефект върху по-нататъшния ход на програмата за създаване на самолети с атомна енергия. В средата на 1949 г. американската армия стартира нова програма, наречена ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Този път работният план включваше подготовка за създаването на пълноценен самолет с атомна електроцентрала на борда. Поради други приоритети списъкът на предприятията, включени в програмата, е променен. По този начин Lockheed и Convair бяха наети като разработчици на корпуса на обещаващ самолет, а General Electric и Pratt & Whitney бяха натоварени да продължат работата на Fairchild по ядрено -реактивния двигател.
В ранните етапи на програмата ANP, клиентът се фокусира повече върху по -безопасен затворен двигател, но General Electric провежда „проникване“на военни и държавни служители. Служителите на General Electric настояват за простота и в резултат на това евтиност на отворен двигател. Те успяха да убедят отговорните и в резултат на това посоката на движение на програмата ANP беше разделена на два независими проекта: „отворен“двигател, разработен от General Electric, и двигател със затворена верига от Pratt & Whitney. Скоро General Electric успяха да прокарат своя проект и да постигнат специален приоритет за него и в резултат на това допълнително финансиране.
В хода на програмата ANP беше добавена още една към вече съществуващите опции за ядрени двигатели. Този път беше предложено да се направи двигател, който по своята структура да наподобява атомна електроцентрала: реакторът загрява водата, а получената пара задвижва турбината. Последният прехвърля мощност към витлото. Такава система, с по -ниска ефективност в сравнение с други, се оказа най -простата и най -удобна за най -бързо производство. Независимо от това, тази версия на електроцентралата за самолети с атомни двигатели не стана основната. След някои сравнения, клиентът и изпълнителите на ANP решиха да продължат да разработват „отворени“и „затворени“двигатели, оставяйки парната турбина като резервна.
Първи проби
През 1951-52 г. програмата ANP приближава възможността за изграждане на първия прототип самолет. Разработваният по това време бомбардировач Convair YB-60 е взет като основа за него, което е дълбока модернизация на В-36 със стреловидно крило и турбореактивни двигатели. Електроцентралата P-1 е специално проектирана за YB-60. Той се основаваше на цилиндричен блок с вътрешен реактор. Ядрената инсталация осигурява топлинна мощност от около 50 мегавата. Четири турбореактивни двигателя GE XJ53 бяха свързани към реактора чрез тръбопроводна система. След компресора на двигателя въздухът преминава през тръбите покрай ядрото на реактора и, загрявайки се там, се изхвърля през дюзата. Изчисленията показаха, че само въздухът няма да бъде достатъчен за охлаждане на реактора, затова в системата бяха въведени резервоари и тръби за разтвор на борна вода. Планирано е всички системи на електроцентрали, свързани с реактора, да бъдат монтирани в задното товарно отделение на бомбардировача, доколкото е възможно от обитаемите обеми.
Прототип YB-60
Заслужава да се отбележи, че е планирано да се оставят и родните турбореактивни двигатели на самолета YB-60. Факт е, че ядрените двигатели с отворена верига замърсяват околната среда и никой не би позволил това да се направи в непосредствена близост до летища или населени места. В допълнение, атомната електроцентрала поради технически характеристики имаше слаба реакция на дросела. Следователно използването му беше удобно и приемливо само за дълги полети с крейсерска скорост.
Друга предпазна мярка, но от различно естество, беше създаването на две допълнителни летящи лаборатории. Първият от тях, обозначен с NB-36H и собствено име Crusader ("Кръстоносец"), е предназначен да провери безопасността на екипажа. На серийния В-36 е монтиран 12-тонен възел в пилотската кабина, сглобен от дебели стоманени плочи, оловни панели и 20-сантиметрово стъкло. За допълнителна защита имаше резервоар за вода с бор зад кабината. В опашната част на кръстоносния кораб, на същото разстояние от пилотската кабина, както и на YB-60, беше инсталиран експериментален реактор ASTR (Aircraft Shield Test Reactor) с мощност около един мегават. Реакторът се охлажда с вода, която пренася топлината на сърцевината към топлообменници по външната повърхност на фюзелажа. Реакторът ASTR не изпълнява никаква практическа задача и работи само като експериментален източник на радиация.
NB-36H (X-6)
Тестовите полети на лабораторията NB-36H изглеждаха така: пилотите вдигнаха във въздуха самолет с амортизиран реактор, полетяха към тестовата зона над най-близката пустиня, където бяха проведени всички експерименти. В края на експериментите реакторът беше изключен и самолетът се върна в базата. Заедно с Кръстоносеца от летището в Карсуел излетя още един бомбардировач В-36 с инструменти и транспорт с десантници от морската пехота. В случай на катастрофа на прототип на самолет, морските пехотинци трябваше да кацнат до останките, да оградят района и да вземат участие в отстраняването на последиците от инцидента. За щастие, всичките 47 полета с работещ реактор минаха без принудително спасително кацане. Тестовите полети показаха, че самолет с ядрена енергия не представлява сериозна заплаха за околната среда, разбира се, при правилна експлоатация и без инциденти.
Втората летяща лаборатория, наречена X-6, също трябваше да бъде преобразувана от бомбардировача В-36. Те щяха да инсталират пилотска кабина на този самолет, подобен на блока на „Кръстоносеца“, и да монтират атомна електроцентрала в средата на фюзелажа. Последният е проектиран на базата на блока P-1 и е оборудван с нови двигатели GE XJ39, създадени на базата на турбореактивните двигатели J47. Всеки от четирите двигателя имаше тяга от 3100 кгс. Интересното е, че атомната електроцентрала е моноблок, предназначен да бъде монтиран на самолет непосредствено преди полета. След кацане се планираше да закара X-6 в специално оборудван хангар, да премахне реактора с двигатели и да ги постави в специално складово помещение. На този етап от работата е създадено и специално устройство за продухване. Факт е, че след изключването на компресорите на реактивните двигатели реакторът престава да се охлажда с достатъчна ефективност и са необходими допълнителни средства за осигуряване на безопасно изключване на реактора.
Предполетна проверка
Преди началото на полетите на самолети с пълноценна атомна електроцентрала, американските инженери решиха да проведат подходящи изследвания в наземни лаборатории. През 1955 г. е сглобена експериментална инсталация HTRE-1 (експерименти с реактор за пренос на топлина). Петдесеттонната единица е сглобена на базата на железопътна платформа. По този начин, преди да започне експериментите, той може да бъде отнет от хората. Блокът HTRE-1 използва защитен компактен уранов реактор, използващ берилий и живак. Също така на платформата бяха поставени два двигателя JX39. Започнаха да използват керосин, след това двигателите достигнаха работна скорост, след което по команда от контролния панел въздухът от компресора беше пренасочен към работната зона на реактора. Типичен експеримент с HTRE-1 продължи няколко часа, симулирайки дълъг полет на бомбардировач. Към средата на 56 г. експерименталният блок достига топлинен капацитет от над 20 мегавата.
HTRE-1
Впоследствие блокът HTRE-1 е преработен в съответствие с актуализирания проект, след което е наречен HTRE-2. Новият реактор и новите технически решения осигуриха мощност от 14 MW. Втората версия на експерименталната електроцентрала обаче беше твърде голяма за инсталиране на самолети. Следователно, през 1957 г. започва проектирането на системата HTRE-3. Това беше дълбоко модернизирана система P-1, пригодена за работа с два турбореактивни двигателя. Компактната и лека HTRE-3 система осигурява 35 мегавата топлинна мощност. През пролетта на 1958 г. започнаха изпитанията на третата версия на наземния изпитателен комплекс, които напълно потвърдиха всички изчисления и най -важното - перспективите за такава електроцентрала.
Трудна затворена верига
Докато General Electric даваше приоритет на двигателите с отворена верига, Pratt & Whitney не губеше време в разработването на своя собствена версия на затворена атомна електроцентрала. В Pratt & Whitney те веднага започнаха да проучват два варианта на такива системи. Първият предполага най -очевидната структура и експлоатация на съоръжението: охлаждащата течност циркулира в сърцевината и прехвърля топлината към съответната част на реактивния двигател. Във втория случай беше предложено да се смила ядрено гориво и да се постави директно в охлаждащата течност. В такава система горивото ще циркулира по целия кръг на охлаждащата течност, но ядреното делене ще се случи само в сърцевината. Това трябваше да се постигне с помощта на правилната форма на основния обем на реактора и тръбопроводите. В резултат на изследването беше възможно да се определят най -ефективните форми и размери на такава система от тръбопроводи за циркулация на охлаждащата течност с гориво, което осигури ефективната работа на реактора и помогна за осигуряване на добро ниво на защита от радиация.
В същото време циркулационната горивна система се оказа твърде сложна. По -нататъшното развитие основно следваше пътя на "стационарни" горивни елементи, измити от метална охлаждаща течност. Като последни бяха разгледани различни материали, но трудностите с устойчивостта на корозия на тръбопроводите и осигуряването на циркулация на течен метал не ни позволиха да се спрем на металната охлаждаща течност. В резултат на това реакторът трябваше да бъде проектиран да използва силно прегрята вода. Според изчисленията водата трябва да е достигнала температура от около 810-820 ° в реактора. За да се поддържа в течно състояние, беше необходимо да се създаде налягане от около 350 кг / см2 в системата. Системата се оказа много сложна, но много по -проста и по -подходяща от реактор с метална охлаждаща течност. До 1960 г. Pratt & Whitney завършиха работата по своята атомна електроцентрала за самолети. Започна подготовката за тестване на завършената система, но в крайна сметка тези тестове не се състояха.
Тъжен край
Програмите NEPA и ANP помогнаха за създаването на десетки нови технологии, както и редица интересни познания. Основната им цел - създаването на атомен самолет - дори през 1960 г. не може да бъде постигната в рамките на следващите няколко години. През 1961 г. на власт идва Дж. Кенеди, който веднага се интересува от напредъка на ядрените технологии за авиацията. Тъй като те не бяха спазени и разходите по програмите достигнаха напълно неприлични стойности, съдбата на ANP и всички самолети с атомно задвижване се оказа голям въпрос. Повече от десетилетие и половина повече от един милиард долара бяха изразходвани за изследвания, проектиране и изграждане на различни тестови единици. В същото време изграждането на завършен самолет с атомна електроцентрала все още беше въпрос на далечното бъдеще. Разбира се, допълнителните разходи на пари и време биха могли да доведат атомните самолети до практическа употреба. Администрацията на Кенеди обаче реши различно. Цената на програмата ANP непрекъснато нарастваше, но нямаше резултат. Освен това балистичните ракети са доказали напълно своя висок потенциал. През първата половина на 61-ия новият президент подписа документ, според който всяка работа по самолети с атомни двигатели трябваше да бъде спряна. Заслужава да се отбележи, че малко преди това, през 60-та година, Пентагонът взе противоречиво решение, според което цялата работа по електроцентралите от отворен тип беше спряна, а цялото финансиране беше разпределено за „затворени“системи.
Въпреки известния успех в областта на създаването на атомни електроцентрали за авиацията, програмата ANP се счита за неуспешна. За известно време, едновременно с ANP, бяха разработени ядрени двигатели за обещаващи ракети. Тези проекти обаче не дадоха очаквания резултат. С течение на времето те също бяха затворени и работата в посока на атомните електроцентрали за самолети и ракети напълно спря. От време на време различни частни компании се опитваха да провеждат подобно развитие по своя инициатива, но нито един от тези проекти не получи държавна подкрепа. Американското ръководство, след като загуби вяра в перспективите на атомни самолети, започна да развива атомни електроцентрали за флота и атомните електроцентрали.
