Praėjusio amžiaus penkiasdešimtmetis buvo sparčios branduolinių technologijų plėtros laikotarpis. Didžiosios valstybės statė savo branduolinį arsenalą, statydamos atomines elektrines, ledlaužius, povandeninius laivus ir karo laivus su atominėmis elektrinėmis. Naujos technologijos daug žadėjo. Pavyzdžiui, branduolinis povandeninis laivas neturėjo jokių apribojimų kreiseriniam diapazonui panardintoje padėtyje, o „pripildyti“jėgainę buvo galima kas kelerius metus. Žinoma, branduoliniai reaktoriai taip pat turėjo trūkumų, tačiau jiems būdingi pranašumai daugiau nei kompensavo visas saugumo išlaidas. Ilgainiui didelis branduolinės energetikos sistemų potencialas domino ne tik karinio jūrų laivyno vadovybę, bet ir karinę aviaciją. Orlaivis su reaktoriumi gali turėti daug geresnes skrydžio charakteristikas nei jo benzininiai ar žibaliniai. Visų pirma, kariuomenę patraukė teorinis tokio bombonešio, transportinio ar priešpovandeninio lėktuvo skrydžio nuotolis.
4 -ojo dešimtmečio pabaigoje buvę sąjungininkai kare su Vokietija ir Japonija - JAV ir SSRS - staiga tapo karčiais priešais. Abiejų šalių abipusės geografinės ypatybės reikalavo sukurti strateginius tarpžemyninio diapazono bombonešius. Senoji technologija jau negalėjo užtikrinti atominių šaudmenų pristatymo į kitą žemyną, todėl reikėjo sukurti naujus orlaivius, plėtoti raketų technologijas ir kt. Jau keturiasdešimtaisiais metais amerikiečių inžinierių galvose subrendo mintis įrengti lėktuve branduolinį reaktorių. To meto skaičiavimai parodė, kad orlaivis, palyginamas pagal svorį, dydį ir skrydžio parametrus su B-29 bombonešiu, vienu degalų papildymu branduoliniu kuru gali praleisti mažiausiai penkis tūkstančius valandų ore. Kitaip tariant, net ir esant netobuloms to meto technologijoms, branduolinis reaktorius, turintis tik vieną degalų papildymą, orlaiviui galėtų suteikti energijos per visą jo tarnavimo laiką.
Antrasis hipotetinių to meto atomoletų pranašumas buvo reaktoriaus pasiekta temperatūra. Tinkamai suprojektavus atominę elektrinę, būtų galima patobulinti esamus turboreaktyvinius variklius, kaitinant darbinę medžiagą reaktoriaus pagalba. Taigi atsirado galimybė padidinti variklio reaktyvinių dujų energiją ir jų temperatūrą, o tai žymiai padidintų tokio variklio trauką. Dėl visų teorinių svarstymų ir skaičiavimų orlaiviai su branduoliniais varikliais kai kuriose galvutėse tapo universalia ir nenugalima atominių bombų pristatymo transporto priemone. Tačiau tolesnis praktinis darbas atvėsino tokių „svajotojų“užsidegimą.
NEPA programa
1946 metais naujai suformuotas JAV gynybos departamentas atidarė projektą NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Šios programos tikslas buvo ištirti visus pažangių orlaivių atominių elektrinių aspektus. Fairchild buvo paskirtas pagrindiniu rangovu pagal NEPA programą. Jai buvo pavesta ištirti strateginių bombonešių ir greitųjų žvalgybinių lėktuvų, aprūpintų atominėmis elektrinėmis, perspektyvas, taip pat suformuoti pastarųjų išvaizdą. „Fairchild“darbuotojai nusprendė pradėti dirbti su programa sprendžiant aktualiausią problemą: pilotų ir techninės priežiūros personalo saugumą. Tam bombonešio, naudojamo kaip skraidanti laboratorija, krovinių skyriuje buvo įdėta kapsulė su keliais gramais radžio. Vietoj eilinės įgulos dalies eksperimentiniuose skrydžiuose dalyvavo bendrovės darbuotojai, „ginkluoti“Geigerio skaitikliais. Nepaisant palyginti nedidelio radioaktyvaus metalo kiekio krovinių skyriuje, foninė spinduliuotė viršijo leistiną lygį visuose orlaivio tinkamuose tūriuose. Atlikę šiuos tyrimus, „Fairchild“darbuotojai turėjo pasidaryti skaičiavimus ir išsiaiškinti, kokios apsaugos reaktoriui reikės norint užtikrinti tinkamą saugumą. Jau preliminarūs skaičiavimai aiškiai parodė, kad B-29 lėktuvas tiesiog negalės gabenti tokios masės, o esamo krovinių skyriaus tūris neleis pastatyti reaktoriaus neišardžius bombų lentynų. Kitaip tariant, „B-29“atveju reikėtų rinktis tarp ilgo skrydžio nuotolio (ir net tada, labai tolimoje ateityje) ir bent jau tam tikros naudingos apkrovos.
Tolesnis darbas kuriant preliminarų orlaivio reaktoriaus projektą susidūrė su vis naujomis problemomis. Vadovaujantis nepriimtinais svorio ir dydžio parametrais, kilo sunkumų valdant reaktorių skrydžio metu, veiksmingai apsaugant įgulą ir konstrukciją, perduodant galią iš reaktoriaus į sraigtus ir pan. Galiausiai paaiškėjo, kad net ir esant pakankamai rimtai apsaugai, reaktoriaus spinduliuotė gali neigiamai paveikti orlaivio galios komplektą ir net variklių tepimą, jau nekalbant apie elektroninę įrangą ir įgulą. Remiantis išankstinio darbo rezultatais, NEPA programa iki 1948 m., Nepaisant išleistų dešimt milijonų dolerių, davė labai abejotinų rezultatų. 48 -ųjų vasarą Masačusetso technologijos institute įvyko uždara konferencija, skirta orlaivių atominių elektrinių perspektyvoms. Po daugybės ginčų ir konsultacijų renginyje dalyvavę inžinieriai ir mokslininkai priėjo prie išvados, kad iš esmės įmanoma sukurti atominį lėktuvą, tačiau pirmieji jo skrydžiai buvo priskirti tik šeštojo dešimtmečio viduryje ar net vėliau data.
MIT konferencijoje buvo paskelbta, kad bus sukurtos dvi pažangių branduolinių variklių koncepcijos - atviros ir uždarytos. „Atviras“branduolinis reaktyvinis variklis buvo savotiškas įprastinis turboreaktyvinis variklis, kuriame įeinantis oras šildomas naudojant karštą branduolinį reaktorių. Karštas oras buvo išmestas per purkštuką, kartu sukant turbiną. Pastarieji paleido kompresoriaus sparnuotes. Iškart buvo aptarti tokios sistemos trūkumai. Kadangi reikėjo oro sąlyčio su šildymo reaktoriaus dalimis, visos sistemos branduolinė sauga sukėlė ypatingų problemų. Be to, norint gauti priimtiną orlaivio išdėstymą, tokio variklio reaktorius turėjo būti labai, labai mažas, o tai turėjo įtakos jo galiai ir apsaugos lygiui.
Panašiai turėjo veikti ir uždarojo tipo branduolinis reaktyvinis variklis, tuo skirtumu, kad variklio viduje esantis oras įkaista, kai liečiasi su pačiu reaktoriumi, tačiau specialiame šilumokaityje. Tiesiogiai iš reaktoriaus šiuo atveju buvo pasiūlyta šildyti tam tikrą aušinimo skystį, o oras turėjo įgyti temperatūrą, kai jis liečiasi su variklio viduje esančios pirminės grandinės radiatoriais. Turbina ir kompresorius liko vietoje ir veikė lygiai taip pat, kaip ir su turboreaktyviniais ar atviro tipo branduoliniais varikliais. Uždaro ciklo variklis nenustatė jokių specialių reaktoriaus matmenų apribojimų ir leido gerokai sumažinti išmetamų teršalų kiekį į aplinką. Kita vertus, ypatinga problema buvo aušinimo skysčio pasirinkimas reaktoriaus energijai perduoti į orą. Įvairūs aušinimo skysčiai-skysčiai neužtikrino tinkamo efektyvumo, o metaliniai-prieš užvedant variklį reikėjo iš anksto pašildyti.
Konferencijos metu buvo pasiūlyta keletas originalių metodų, kaip padidinti įgulos apsaugos lygį. Visų pirma, jie buvo susiję su tinkamos konstrukcijos laikančiųjų elementų, kurie nepriklausomai apsaugotų įgulą nuo reaktoriaus spinduliuotės, sukūrimu. Mažiau optimistiškai nusiteikę mokslininkai pasiūlė nerizikuoti lakūnais ar bent jų reprodukcine funkcija. Todėl buvo pasiūlyta užtikrinti aukščiausią įmanomą apsaugos lygį ir įdarbinti įgulą iš pagyvenusių pilotų. Galiausiai pasirodė idėjos dėl perspektyvaus atominio lėktuvo aprūpinimo nuotolinio valdymo sistema, kad skrydžio metu žmonės visiškai nerizikuotų savo sveikata. Aptariant paskutinį variantą, kilo idėja įgulą patalpinti į mažą sklandytuvą, kuris turėjo būti vilktas už atominio variklio orlaivio ant pakankamo ilgio kabelio.
ANP programa
Konferencija MIT, kuri buvo savotiškas protų šturmas, teigiamai paveikė tolesnę atominių orlaivių kūrimo programos eigą. 1949 metų viduryje JAV kariuomenė pradėjo naują programą, pavadintą ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Šį kartą darbo plane buvo ruošiamasi sukurti visavertį orlaivį su atomine elektrine. Dėl kitų prioritetų programoje dalyvaujančių įmonių sąrašas buvo pakeistas. Taigi „Lockheed“ir „Convair“buvo pasamdyti kaip perspektyvaus orlaivio korpuso kūrėjai, o „General Electric“ir „Pratt & Whitney“buvo įpareigoti tęsti „Fairchild“darbą su branduoliniu reaktyviniu varikliu.
Ankstyvosiose ANP programos stadijose klientas daugiau dėmesio skyrė saugesniam uždaram varikliui, tačiau „General Electric“vykdė „informavimą“kariniams ir vyriausybės pareigūnams. „General Electric“darbuotojai siekė paprastumo ir dėl to atviro variklio pigumo. Jiems pavyko įtikinti atsakingus asmenis, todėl ANP programos važiavimo kryptis buvo padalinta į du nepriklausomus projektus: „atvirą“variklį, kurį sukūrė „General Electric“, ir uždarojo ciklo variklį iš „Pratt & Whitney“. Netrukus „General Electric“sugebėjo įgyvendinti savo projektą ir pasiekti jam ypatingą prioritetą ir dėl to papildomą finansavimą.
Vykdant ANP programą, prie jau esamų branduolinių variklių variantų buvo pridėta dar viena. Šį kartą buvo pasiūlyta pagaminti variklį, kuris savo struktūra primena atominę elektrinę: reaktorius šildo vandenį, o gautas garas varo turbiną. Pastarasis perduoda galią sraigtui. Tokia sistema, turinti mažesnį efektyvumą, palyginti su kitomis, pasirodė esanti paprasčiausia ir patogiausia greičiausiai gamybai. Nepaisant to, ši atominės galios orlaivių jėgainės versija netapo pagrindine. Po kai kurių palyginimų užsakovas ir ANP rangovai nusprendė toliau plėtoti „atvirus“ir „uždarus“variklius, palikdami garo turbiną kaip atsarginį.
Pirmieji mėginiai
1951–1952 m. ANP programa priartėjo prie galimybės sukurti pirmąjį orlaivio prototipą. Jo pagrindas buvo tuo metu kuriamas bombonešis „Convair YB-60“, kuris buvo gilus „B-36“modernizavimas su šliaužiančiu sparnu ir turboreaktyviniais varikliais. P-1 jėgainė buvo specialiai sukurta YB-60. Jis buvo pagrįstas cilindriniu bloku, kurio viduje buvo reaktorius. Branduolinė įranga suteikė apie 50 megavatų šiluminės galios. Keturi GE XJ53 turboreaktyviniai varikliai buvo prijungti prie reaktoriaus per vamzdynų sistemą. Po variklio kompresoriaus oras pro vamzdžius praėjo pro reaktoriaus šerdį ir ten įkaitęs buvo išmestas per purkštuką. Skaičiavimai parodė, kad reaktoriui atvėsinti vien oro nepakaks, todėl į sistemą buvo įvestos cisternos ir vamzdžiai boro vandens tirpalui. Visas prie reaktoriaus prijungtas jėgainių sistemas buvo numatyta sumontuoti galinėje bombonešio krovinių skyriuje, kiek įmanoma toliau nuo gyvenamųjų vietų.
YB-60 prototipas
Verta paminėti, kad YB-60 lėktuve taip pat buvo planuojama palikti vietinius turboreaktyvinius variklius. Faktas yra tas, kad atviros grandinės branduoliniai varikliai teršia aplinką ir niekas neleistų to daryti arti aerodromų ar gyvenviečių. Be to, atominė elektrinė dėl techninių savybių turėjo silpną droselio reakciją. Todėl jo naudojimas buvo patogus ir priimtinas tik ilgiems skrydžiams kreiseriniu greičiu.
Kita atsargumo priemonė, tačiau kitokio pobūdžio, buvo dviejų papildomų skraidančių laboratorijų sukūrimas. Pirmasis iš jų, pažymėtas NB-36H ir tinkamu pavadinimu Crusader („Crusader“), buvo skirtas patikrinti įgulos saugumą. Serijiniame B-36 buvo sumontuotas dvylikos tonų kabinos mazgas, surinktas iš storų plieninių plokščių, švino plokščių ir 20 cm stiklo. Papildomai apsaugai už kabinos buvo vandens bakas su boru. „Crusader“uodegos dalyje, tokiu pačiu atstumu nuo kabinos, kaip ir YB-60, buvo sumontuotas eksperimentinis ASTR reaktorius („Aircraft Shield Test Reactor“), kurio galia apie vieną megavatą. Reaktorius buvo atvėsintas vandeniu, kuris perdavė šerdies šilumą į šilumokaičius, esančius ant išorinio korpuso paviršiaus. ASTR reaktorius neatliko jokios praktinės užduoties ir veikė tik kaip eksperimentinis radiacijos šaltinis.
NB-36H (X-6)
Bandomieji NB-36H laboratorijos skrydžiai atrodė taip: pilotai pakėlė į orą orlaivį su slopintu reaktoriumi, nuskrido į bandymų zoną virš artimiausios dykumos, kur buvo atlikti visi eksperimentai. Pasibaigus eksperimentams, reaktorius buvo išjungtas, o lėktuvas grįžo į bazę. Kartu su kryžiuočiu iš „Carswell“aerodromo pakilo dar vienas bombonešis B-36 su instrumentais ir transportu su jūrų desantininkais. Įvykus orlaivio prototipo katastrofai, jūrų pėstininkai turėjo nusileisti šalia nuolaužų, atitverti teritoriją ir dalyvauti šalinant avarijos padarinius. Laimei, visi 47 skrydžiai su veikiančiu reaktoriumi buvo padaryti be priverstinio nusileidimo. Bandomieji skrydžiai parodė, kad branduoline energija varomas orlaivis nekelia jokios rimtos grėsmės aplinkai, žinoma, tinkamai eksploatuojant ir neįvykstant.
Antroji skraidanti laboratorija, pavadinta X-6, taip pat turėjo būti pakeista iš bombonešio B-36. Jie ketino šiame lėktuve įrengti kabiną, panašią į „kryžiuočių“vienetą, ir fiuzeliažo viduryje sumontuoti atominę elektrinę. Pastarasis buvo sukurtas remiantis P-1 agregatu ir aprūpintas naujais GE XJ39 varikliais, sukurtais J47 turboreaktyvinių jėgainių pagrindu. Kiekvieno iš keturių variklių traukos jėga buvo 3100 kgf. Įdomu tai, kad atominė elektrinė buvo monoblokas, skirtas montuoti ant lėktuvo prieš pat skrydį. Po nusileidimo buvo planuojama X-6 įvažiuoti į specialiai įrengtą angarą, pašalinti reaktorių su varikliais ir sudėti į specialią saugyklą. Šiame darbo etape taip pat buvo sukurtas specialus valymo įrenginys. Faktas yra tas, kad išjungus reaktyvinių variklių kompresorius, reaktorius nustojo aušinti pakankamai efektyviai ir reikėjo papildomų priemonių, užtikrinančių saugų reaktoriaus išjungimą.
Patikrinimas prieš skrydį
Prieš prasidedant orlaivių skrydžiams su visaverte atomine elektrine, amerikiečių inžinieriai nusprendė atlikti atitinkamus tyrimus antžeminėse laboratorijose. 1955 m. Buvo surinkta eksperimentinė instaliacija HTRE-1 (šilumos perdavimo reaktoriaus eksperimentai). Penkiasdešimt tonų agregatas buvo surinktas geležinkelio platformos pagrindu. Taigi prieš pradedant eksperimentus jį būtų galima atimti iš žmonių. HTRE-1 įrenginyje buvo naudojamas ekranuotas kompaktiškas urano reaktorius, kuriame panaudotas berilis ir gyvsidabris. Taip pat ant platformos buvo pastatyti du JX39 varikliai. Jie buvo pradėti naudoti naudojant žibalą, tada varikliai pasiekė darbinį greitį, po to, komandai iš valdymo pulto, kompresoriaus oras buvo nukreiptas į reaktoriaus darbo zoną. Tipiškas eksperimentas su HTRE-1 truko kelias valandas, imituojant ilgą bombonešio skrydį. Iki 56 vidurio eksperimentinis įrenginys pasiekė daugiau nei 20 megavatų šiluminę galią.
HTRE-1
Vėliau HTRE-1 įrenginys buvo pertvarkytas pagal atnaujintą projektą, po kurio jis buvo pavadintas HTRE-2. Naujasis reaktorius ir nauji techniniai sprendimai suteikė 14 MW galią. Tačiau antroji eksperimentinės jėgainės versija buvo per didelė, kad ją būtų galima montuoti lėktuvuose. Todėl iki 1957 m. Buvo pradėtas kurti HTRE-3 sistema. Tai buvo giliai modernizuota P-1 sistema, pritaikyta darbui su dviem turboreaktyviniais varikliais. Kompaktiška ir lengva HTRE-3 sistema suteikė 35 megavatų šiluminės galios. 1958 metų pavasarį prasidėjo trečiosios žemės bandymų komplekso versijos bandymai, kurie visiškai patvirtino visus skaičiavimus ir, svarbiausia, tokios elektrinės perspektyvas.
Sunki uždara grandinė
Nors „General Electric“pirmenybę teikė atviros grandinės varikliams, „Pratt & Whitney“negaišo laiko kurdama savo uždaros atominės elektrinės versiją. „Pratt & Whitney“jie iškart pradėjo tirti du tokių sistemų variantus. Pirmasis reiškė akivaizdžiausią įrenginio struktūrą ir veikimą: aušinimo skystis cirkuliuoja šerdyje ir perduoda šilumą atitinkamai reaktyvinio variklio daliai. Antruoju atveju buvo pasiūlyta sumalti branduolinį kurą ir įdėti jį tiesiai į aušinimo skystį. Tokioje sistemoje degalai cirkuliuotų per visą aušinimo skysčio kontūrą, tačiau branduolio skilimas įvyktų tik šerdyje. Tai turėjo būti padaryta naudojant teisingą pagrindinio reaktoriaus ir vamzdynų tūrio formą. Atlikus tyrimus, buvo galima nustatyti efektyviausias tokios vamzdynų sistemos, skirtos aušinimo skysčiui cirkuliuoti degalais, formas ir dydžius, o tai užtikrino efektyvų reaktoriaus darbą ir padėjo užtikrinti gerą apsaugą nuo radiacijos.
Tuo pačiu metu cirkuliuojančio kuro sistema pasirodė pernelyg sudėtinga. Tolesnė plėtra daugiausia vyko „stacionarių“kuro elementų, nuplautų metaliniu aušinimo skysčiu, keliu. Atsižvelgiant į pastarąsias, buvo svarstomos įvairios medžiagos, tačiau sunkumai, susiję su vamzdynų atsparumu korozijai ir skysto metalo cirkuliacija, neleido mums apsvarstyti metalo aušinimo skysčio. Dėl to reaktorius turėjo būti suprojektuotas naudoti labai perkaitintą vandenį. Remiantis skaičiavimais, vanduo reaktoriuje turėjo pasiekti maždaug 810–820 ° temperatūrą. Norint išlaikyti jį skystoje būsenoje, sistemoje reikėjo sukurti apie 350 kg / cm2 slėgį. Sistema pasirodė labai sudėtinga, tačiau daug paprastesnė ir tinkamesnė nei reaktorius su metaliniu aušinimo skysčiu. Iki 1960 m. „Pratt & Whitney“baigė savo lėktuvų atominės elektrinės darbus. Buvo pradėti ruoštis baigtos sistemos bandymams, tačiau galiausiai šie bandymai neįvyko.
Liūdna pabaiga
NEPA ir ANP programos padėjo sukurti dešimtis naujų technologijų, taip pat nemažai įdomių žinių. Tačiau jų pagrindinio tikslo - sukurti atominį lėktuvą - net 1960 m. Nepavyko pasiekti per artimiausius kelerius metus. 1961 metais į valdžią atėjo J. Kennedy, kuris iškart susidomėjo aviacijos branduolinių technologijų pažanga. Kadangi to nebuvo laikomasi, o programų išlaidos pasiekė visiškai nešvankias vertes, ANP ir visų atominių variklių orlaivių likimas pasirodė esąs didelis klausimas. Per pusantro dešimtmečio daugiau nei milijardas dolerių buvo išleista įvairių bandymų vienetų tyrimams, projektavimui ir statybai. Tuo pačiu metu gatavo orlaivio su atomine elektrine statyba vis dar buvo tolimos ateities klausimas. Žinoma, papildomos pinigų ir laiko išlaidos galėtų panaudoti atominį lėktuvą praktiškai. Tačiau Kennedy administracija nusprendė kitaip. ANP programos kaina nuolat augo, tačiau rezultato nebuvo. Be to, balistinės raketos visiškai įrodė savo didelį potencialą. 61-ojo dešimtmečio pirmoje pusėje naujasis prezidentas pasirašė dokumentą, pagal kurį visi darbai su atominiais orlaiviais turėjo būti sustabdyti. Verta paminėti, kad prieš pat 60-uosius metus Pentagonas priėmė prieštaringą sprendimą, pagal kurį visi darbai atviro tipo elektrinėse buvo sustabdyti, o visas finansavimas buvo skirtas „uždaroms“sistemoms.
Nepaisant tam tikros sėkmės kuriant atomines elektrines aviacijai, ANP programa buvo laikoma nesėkminga. Kurį laiką kartu su ANP buvo kuriami perspektyvių raketų branduoliniai varikliai. Tačiau šie projektai nedavė laukto rezultato. Laikui bėgant jie taip pat buvo uždaryti, o darbas lėktuvų ir raketų atominių elektrinių kryptimi buvo visiškai sustabdytas. Retkarčiais įvairios privačios įmonės bandė savo iniciatyva atlikti tokius pokyčius, tačiau nė vienas iš šių projektų nesulaukė vyriausybės paramos. Amerikos vadovybė, praradusi tikėjimą atominių orlaivių perspektyvomis, pradėjo kurti atomines elektrines laivynui ir atomines elektrines.
