50 -årene av forrige århundre var en periode med rask utvikling av atomteknologi. Supermakter bygde sine atomvåpenarsenaler, bygde atomkraftverk, isbrytere, ubåter og krigsskip med atomkraftverk underveis. Ny teknologi lovet stort. For eksempel hadde atomubåten ingen restriksjoner på cruisebanen i nedsenket posisjon, og "tanking" av kraftverket kunne gjøres noen få år. Selvfølgelig hadde atomreaktorer også ulemper, men deres iboende fordeler oppveier mer enn alle kostnadene ved sikkerhet. Over tid interesserte det høye potensialet i atomkraftsystemer ikke bare kommandoen over marinen, men også den militære luftfarten. Et fly med en reaktor om bord kan ha mye bedre flytegenskaper enn sine bensin- eller parafin -kolleger. Først og fremst ble militæret tiltrukket av det teoretiske flyvningsområdet til et slikt bombefly, transportfly eller anti-ubåtfly.
På slutten av 1940 -tallet ble de tidligere allierte i krigen med Tyskland og Japan - USA og Sovjetunionen - plutselig bitre fiender. De geografiske trekkene ved begge landes gjensidige beliggenhet krevde opprettelse av strategiske bombefly med et interkontinentalt område. Den gamle teknologien var allerede ute av stand til å sikre levering av atomammunisjon til et annet kontinent, noe som krevde opprettelse av nye fly, utvikling av rakettteknologi, etc. Allerede på førtitallet var tanken på å installere en atomreaktor på et fly moden i tankene til amerikanske ingeniører. Beregninger av den tiden viste at et fly som var sammenlignbart i vekt, størrelse og flyparametere med et B-29-bombefly, kunne tilbringe minst fem tusen timer i luften ved en tanking med atombrensel. Med andre ord, selv med datidens ufullkomne teknologier, kan en atomreaktor om bord med bare en tanking gi et fly energi gjennom hele levetiden.
Den andre fordelen med datidens hypotetiske atomikoletter var temperaturen som reaktoren nådde. Med riktig design av et atomkraftverk ville det være mulig å forbedre de eksisterende turbojetmotorene ved å varme opp arbeidsstoffet ved hjelp av en reaktor. Dermed ble det mulig å øke energien til motorens jetgasser og deres temperatur, noe som ville føre til en betydelig økning i kraften til en slik motor. Som et resultat av alle teoretiske overveielser og beregninger har fly med kjernefysiske motorer i noen hoder blitt til et universelt og uovervinnelig transportbil for atombomber. Videre praktisk arbeid avkjølte imidlertid iveren til slike "drømmere".
NEPA -programmet
Tilbake i 1946 åpnet det nyopprettede amerikanske forsvarsdepartementet NEPA -prosjektet (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Målet med dette programmet var å studere alle aspekter ved avanserte atomkraftverk for fly. Fairchild ble utnevnt til hovedentreprenør for NEPA -programmet. Hun ble instruert om å studere utsiktene for strategiske bombefly og høyhastighets rekognoseringsfly utstyrt med atomkraftverk, samt å forme utseendet til sistnevnte. Fairchild -ansatte bestemte seg for å starte arbeidet med programmet med det mest presserende problemet: sikkerheten til piloter og vedlikeholdspersonell. For dette ble en kapsel med flere gram radium plassert i lasterommet til bombeflyet som ble brukt som flygende laboratorium. I stedet for en del av det vanlige mannskapet, deltok selskapets ansatte, "bevæpnet" med Geiger -skranker, på de eksperimentelle flyvningene. Til tross for den relativt lille mengden radioaktivt metall i lasterommet, overgikk bakgrunnsstrålingen det tillatte nivået i alle flyets beboelige volumer. Som et resultat av disse studiene måtte Fairchild -ansatte komme seg til beregningene og finne ut hvilken beskyttelse reaktoren ville trenge for å sikre riktig sikkerhet. Allerede foreløpige beregninger har klart vist at B-29-flyet rett og slett ikke vil være i stand til å bære en slik masse, og volumet i det eksisterende lasterommet vil ikke tillate at reaktoren plasseres uten å demontere bomberekkene. Med andre ord, når det gjelder B-29, må man velge mellom et langt flyvningsområde (og selv da, i en fjern fremtid) og i det minste en slags nyttelast.
Videre arbeid med opprettelsen av en foreløpig design av en flyreaktor fikk nye og nye problemer. Etter de uakseptable vekt- og størrelsesparametrene dukket det opp problemer med kontrollen av reaktoren under flukt, effektiv beskyttelse av mannskapet og strukturen, overføring av kraft fra reaktoren til propellene, og så videre. Til slutt viste det seg at selv med tilstrekkelig alvorlig beskyttelse kan stråling fra reaktoren påvirke flyets kraftsett og til og med smøring av motorene negativt, for ikke å snakke om det elektroniske utstyret og mannskapet. I følge resultatene av forarbeidet hadde NEPA -programmet innen 1948, til tross for de brukte ti millioner dollar, svært tvilsomme resultater. Sommeren 48 ble det holdt en lukket konferanse ved Massachusetts Institute of Technology om temaet prospekter for atomkraftverk for fly. Etter en rekke tvister og konsultasjoner, kom ingeniørene og forskerne som deltok i arrangementet til den konklusjon at det i prinsippet var mulig å lage et atomfly, men de første flyvningene ble bare tilskrevet midten av sekstitallet eller til og med enda senere Dato.
På konferansen på MIT ble det kunngjort opprettelsen av to konsepter for avanserte atommotorer, åpne og lukkede. Den "åpne" kjernefysiske jetmotoren var en slags konvensjonell turbojetmotor, der den innkommende luften varmes opp ved hjelp av en varm atomreaktor. Den varme luften ble kastet ut gjennom dysen, samtidig som turbinen roterte. Sistnevnte satte fart på kompressorhjulene. Ulempene med et slikt system ble umiddelbart diskutert. På grunn av behovet for luftkontakt med varmedelene i reaktoren, forårsaket kjernefysisk sikkerhet i hele systemet spesielle problemer. I tillegg, for en akseptabel utforming av flyet, måtte reaktoren til en slik motor være veldig, veldig liten, noe som påvirket dens effekt og beskyttelsesnivå.
En kjernefysisk jetmotor av lukket type måtte fungere på lignende måte, med den forskjellen at luften inne i motoren ville varme opp ved kontakt med selve reaktoren, men i en spesiell varmeveksler. Direkte fra reaktoren, i dette tilfellet, ble det foreslått å varme opp et bestemt kjølevæske, og luften måtte få temperatur ved kontakt med radiatorene til hovedkretsen inne i motoren. Turbinen og kompressoren forble på plass og opererte på nøyaktig samme måte som på turbojeter eller kjernefysiske motorer av åpen type. Motoren med lukket krets påla ingen spesielle begrensninger for reaktorens dimensjoner og gjorde det mulig å redusere utslipp til miljøet betydelig. På den annen side var et spesielt problem valg av kjølevæske for overføring av reaktorens energi til luften. Ulike kjølevæsker og væsker ga ikke riktig effektivitet, og metallkrefter krever forvarming før motoren startes.
Under konferansen ble det foreslått flere originale metoder for å øke mannskapets beskyttelse. Først og fremst gjaldt de opprettelsen av bærende elementer av en passende design, som uavhengig ville beskytte mannskapet mot strålingen fra reaktoren. Mindre optimistiske forskere foreslo å ikke risikere piloter, eller i det minste deres reproduktive funksjon. Derfor var det et forslag om å gi høyest mulig beskyttelsesnivå, og å rekruttere mannskaper fra eldre piloter. Til slutt dukket det opp ideer om å utstyre et lovende atomfly med et fjernkontrollsystem, slik at mennesker under flyturen ikke i det hele tatt skulle risikere helsen. Under diskusjonen om det siste alternativet kom ideen om å plassere mannskapet i en liten seilfly, som skulle slepes bak det atomdrevne flyet på en kabel av tilstrekkelig lengde.
ANP -program
Konferansen på MIT, etter å ha fungert som en slags idémyldring, hadde en positiv effekt på det videre forløpet av programmet for opprettelse av atomdrevne fly. I midten av 1949 lanserte det amerikanske militæret et nytt program kalt ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Denne gangen innebar arbeidsplanen forberedelser for opprettelsen av et fullverdig fly med et atomkraftverk om bord. På grunn av andre prioriteringer har listen over foretak som er involvert i programmet blitt endret. Dermed ble Lockheed og Convair ansatt som utviklerne av flyrammen til et lovende fly, og General Electric og Pratt & Whitney fikk i oppgave å fortsette Fairchilds arbeid med atomflymotoren.
I de tidlige stadiene av ANP -programmet fokuserte kunden mer på en sikrere lukket motor, men General Electric gjennomførte "oppsøk" til militære og offentlige tjenestemenn. General Electric -ansatte presset på for enkelhet og som et resultat av billigheten til en åpen motor. De klarte å overtale de ansvarlige, og som et resultat ble kjøreretningen til ANP -programmet delt inn i to uavhengige prosjekter: en "åpen" motor utviklet av General Electric og en motor med lukket krets fra Pratt & Whitney. Snart klarte General Electric å presse gjennom prosjektet sitt og oppnå spesiell prioritet for det og som et resultat av tilleggsfinansiering.
I løpet av ANP -programmet ble en til lagt til de allerede eksisterende atommotoralternativene. Denne gangen ble det foreslått å lage en motor som ligner et atomkraftverk i strukturen: reaktoren varmer opp vannet, og den resulterende dampen driver turbinen. Sistnevnte overfører strøm til propellen. Et slikt system, med lavere effektivitet sammenlignet med andre, viste seg å være det enkleste og mest praktiske for den raskeste produksjonen. Likevel ble ikke denne versjonen av kraftverket for atomdrevne fly den viktigste. Etter noen sammenligninger bestemte klienten og ANP -entreprenørene seg for å fortsette å utvikle "åpne" og "lukkede" motorer, og etterlot dampturbinen som et tilbakeslag.
Første prøver
I 1951-52 nærmet ANP-programmet seg muligheten til å bygge det første prototypeflyet. Convair YB-60-bombeflyet, som ble utviklet på den tiden, ble tatt som grunnlag for det, som var en dyp modernisering av B-36 med feide vinger og turbojetmotorer. Kraftverket P-1 ble spesielt designet for YB-60. Den var basert på en sylindrisk enhet med en reaktor inni. Atominstallasjonen ga en termisk effekt på omtrent 50 megawatt. Fire GE XJ53 turbojet -motorer ble koblet til reaktoren gjennom et rørsystem. Etter motorkompressoren gikk luften gjennom rørene forbi reaktorkjernen og ble varmet opp der, og ble kastet ut gjennom dysen. Beregninger viste at luft alene ikke vil være nok til å avkjøle reaktoren, så tanker og rør for borvannsløsning ble introdusert i systemet. Alle kraftverkssystemer koblet til reaktoren var planlagt montert i det bakre lasterommet i bombeflyet, så langt som mulig fra de beboelige volumene.
YB-60 prototype
Det er verdt å merke seg at det også var planlagt å la de opprinnelige turbojetmotorene ligge på YB-60-flyet. Faktum er at kjernefysiske atommotorer forurenser miljøet, og ingen vil tillate at dette gjøres i umiddelbar nærhet av flyplasser eller bosetninger. I tillegg hadde atomkraftverket på grunn av tekniske egenskaper dårlig gassrespons. Derfor var bruken praktisk og akseptabel bare for lange flyvninger med marsjfart.
Et annet forholdsregel, men av en annen art, var opprettelsen av ytterligere to flygende laboratorier. Den første av dem, betegnet NB-36H og egennavn Crusader ("Crusader"), var ment å kontrollere sikkerheten til mannskapet. På serie B-36 ble det installert en tolv tonns cockpitmontering, montert av tykke stålplater, blypaneler og 20 cm glass. For ytterligere beskyttelse var det en vanntank med bor bak førerhuset. I haleseksjonen til korsfareren, i samme avstand fra cockpiten som på YB-60, ble en eksperimentell ASTR-reaktor (Aircraft Shield Test Reactor) installert med en kapasitet på omtrent en megawatt. Reaktoren ble avkjølt med vann, som overførte kjernens varme til varmevekslere på den ytre overflaten av flykroppen. ASTR -reaktoren utførte ingen praktisk oppgave og fungerte bare som en eksperimentell strålekilde.
NB-36H (X-6)
Testflyging av NB-36H-laboratoriet så slik ut: Pilotene løftet et fly med en dempet reaktor opp i luften, fløy til testområdet over den nærmeste ørkenen, hvor alle forsøkene ble utført. På slutten av forsøkene ble reaktoren slått av, og flyet returnerte til basen. Sammen med korsfareren tok en annen B-36 bombefly med instrumentering og en transport med marine fallskjermjegere fra Carswell flyplass. Ved et krasj av et prototypefly skulle marinesoldatene lande ved siden av vraket, sperre av området og være med på å eliminere konsekvensene av ulykken. Heldigvis klarte alle de 47 flyvningene med en fungerende reaktor seg uten tvungen redningslanding. Testflyvninger har vist at et atomdrevet fly ikke utgjør noen alvorlig trussel mot miljøet, selvfølgelig med riktig drift og ingen hendelser.
Det andre flygende laboratoriet, betegnet X-6, skulle også konverteres fra B-36-bombeflyet. De skulle installere en cockpit på dette flyet, som ligner på enheten til "korsfareren", og montere et atomkraftverk midt i flykroppen. Sistnevnte ble designet på grunnlag av P-1-enheten og utstyrt med nye GE XJ39-motorer, laget på grunnlag av J47-turbojeter. Hver av de fire motorene hadde et trykk på 3100 kgf. Interessant nok var atomkraftverket en monoblokk designet for å bli montert på et fly like før flyturen. Etter landing var det planlagt å kjøre X-6 inn i en spesielt utstyrt hangar, fjerne reaktoren med motorer og sette dem i et spesielt lagringsanlegg. På dette stadiet av arbeidet ble det også opprettet en spesiell renseanordning. Faktum er at etter stans av kompressorene til jetmotorene, sluttet reaktoren å bli avkjølt med tilstrekkelig effektivitet, og det var nødvendig med et ytterligere middel for å sikre at reaktoren var sikker.
Sjekk før flyging
Før starten på flyvninger med fly med et fullverdig atomkraftverk, bestemte amerikanske ingeniører seg for å utføre passende forskning på bakkebaserte laboratorier. I 1955 ble en eksperimentell installasjon HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments) satt sammen. Den femton tonn lange enheten ble satt sammen på grunnlag av en jernbaneplattform. Således, før du starter eksperimentene, kan det tas fra mennesker. HTRE-1-enheten brukte en skjermet kompakt uranreaktor ved bruk av beryllium og kvikksølv. To JX39 -motorer ble også plassert på plattformen. De begynte å bruke parafin, deretter nådde motorene driftshastighet, hvorpå luften fra kompressoren ble ledet til kommando fra kontrollpanelet til reaktorens arbeidsområde. Et typisk eksperiment med HTRE-1 varte i flere timer, og simulerte en lang flytur med et bombefly. I midten av 56 nådde den eksperimentelle enheten en termisk kapasitet på over 20 megawatt.
HTRE-1
Deretter ble HTRE-1-enheten redesignet i samsvar med det oppdaterte prosjektet, hvoretter den ble kalt HTRE-2. Den nye reaktoren og de nye tekniske løsningene ga en effekt på 14 MW. Den andre versjonen av det eksperimentelle kraftverket var imidlertid for stor til installasjon på fly. Derfor begynte designet av HTRE-3-systemet i 1957. Det var et dypt modernisert P-1-system, tilpasset for arbeid med to turbojet-motorer. Det kompakte og lette HTRE-3-systemet ga 35 megawatt termisk effekt. Våren 1958 begynte tester av den tredje versjonen av bakketestkomplekset, noe som fullt ut bekreftet alle beregningene og, viktigst, utsiktene for et slikt kraftverk.
Vanskelig lukket krets
Mens General Electric prioriterte åpne kretsmotorer, brukte Pratt & Whitney ingen tid på å utvikle sin egen versjon av et lukket atomkraftverk. Hos Pratt & Whitney begynte de umiddelbart å undersøke to varianter av slike systemer. Den første innebar den mest åpenbare strukturen og driften av anlegget: kjølevæsken sirkulerer i kjernen og overfører varme til den tilsvarende delen av jetmotoren. I det andre tilfellet ble det foreslått å male atombrensel og plassere det direkte i kjølevæsken. I et slikt system ville drivstoffet sirkulere langs hele kjølevæskekretsen, men atomfisjon ville bare forekomme i kjernen. Det skulle oppnå dette ved hjelp av riktig form på hovedvolumet i reaktoren og rørledningene. Som et resultat av forskningen var det mulig å bestemme de mest effektive formene og størrelsene på et slikt rørsystem for sirkulasjon av kjølevæsken med drivstoff, noe som sikret effektiv drift av reaktoren og bidro til å gi et godt nivå av beskyttelse mot stråling.
Samtidig viste det seg at drivstoffsystemet i sirkulasjon var for komplekst. Videre utvikling fulgte hovedsakelig banen til "stasjonære" drivstoffelementer vasket med et kjølevæske av metall. Som sistnevnte ble forskjellige materialer vurdert, men vanskeligheter med korrosjonsmotstanden til rørledninger og sirkulasjon av flytende metall tillot oss ikke å dvele ved kjølevæsken. Som et resultat måtte reaktoren utformes for å bruke sterkt overopphetet vann. Ifølge beregninger skal vannet ha nådd en temperatur på ca 810-820 ° i reaktoren. For å holde den i flytende tilstand, var det nødvendig å opprette et trykk på omtrent 350 kg / cm2 i systemet. Systemet viste seg å være veldig komplekst, men mye enklere og mer egnet enn en reaktor med et metallkjølemiddel. I 1960 hadde Pratt & Whitney fullført arbeidet med atomkraftverket for fly. Forberedelsene begynte for testing av det ferdige systemet, men til slutt fant disse testene ikke sted.
Trist slutt
NEPA- og ANP-programmene har bidratt til å lage dusinvis av ny teknologi, i tillegg til en rekke interessante kunnskaper. Hovedmålet deres - opprettelsen av et atomfly - selv i 1960 kunne imidlertid ikke nås i løpet av de neste årene. I 1961 kom J. Kennedy til makten, som umiddelbart ble interessert i fremskritt innen atomteknologi for luftfart. Siden disse ikke ble observert, og kostnadene ved programmene nådde helt uanstendige verdier, viste skjebnen til ANP og alle atomdrevne fly seg å være et stort spørsmål. Over et og et halvt tiår ble mer enn en milliard dollar brukt på forskning, design og konstruksjon av forskjellige testenheter. Samtidig var konstruksjonen av et ferdig fly med atomkraftverk fortsatt et spørsmål om en fjern fremtid. Selvfølgelig kan ekstra utgifter av penger og tid bringe atomflyet til praktisk bruk. Kennedy -administrasjonen bestemte imidlertid annerledes. Kostnaden for ANP -programmet vokste stadig, men det ble ikke noe resultat. I tillegg har ballistiske missiler fullt ut bevist sitt høye potensial. I første halvdel av 61-tallet signerte den nye presidenten et dokument der alt arbeid med atomdrevne fly burde vært stoppet. Det er verdt å merke seg at kort tid før, i det 60. året, tok Pentagon en kontroversiell avgjørelse, ifølge hvilken alt arbeid med åpne kraftverk ble stoppet, og all finansiering ble tildelt "lukkede" systemer.
Til tross for en viss suksess innen opprettelsen av atomkraftverk for luftfart, ble ANP -programmet ansett som mislykket. For en stund, samtidig med ANP, ble atommotorer for lovende missiler utviklet. Disse prosjektene ga imidlertid ikke det forventede resultatet. Over tid ble de også stengt, og arbeidet i retning av atomkraftverk for fly og missiler stoppet fullstendig. Fra tid til annen prøvde forskjellige private selskaper å gjennomføre slike utviklinger på eget initiativ, men ingen av disse prosjektene mottok statlig støtte. Den amerikanske ledelsen, etter å ha mistet troen på utsiktene til atomdrevne fly, begynte å utvikle atomkraftverk for flåten og atomkraftverk.
