Американские проекты атомолетов
Пятидесятые годы прошлого века стали периодом бурного развития ядерных технологий. Сверхдержавы создавали свои ядерные арсеналы, попутно строя атомные электростанции, ледоколы, подлодки и боевые корабли с ядерными силовыми установками. Новые технологии сулили большие перспективы. К примеру, атомная подлодка не имела каких-либо ограничений по дальности хода в подводном положении, а «дозаправку» энергетической установки можно было производить раз в несколько лет. Конечно, ядерные реакторы имели и недостатки, но присущие им преимущества с лихвой компенсировали все затраты на безопасность. Высокий потенциал ядерных энергосистем со временем заинтересовал не только командование военно-морских флотов, но и военной авиации. Самолет с реактором на борту мог иметь гораздо лучшие характеристики полета, чем его бензиновые или керосиновые «собратья». В первую очередь, военных привлекала теоретическая дальность полета такого бомбардировщика, транспортника или противолодочного самолета.
В конце сороковых годов бывшие союзники в войне с Германией и Японией – США и СССР – внезапно стали злейшими врагами. Географические особенности взаимного расположения обеих стран требовали создания стратегических бомбардировщиков с межконтинентальной дальностью. Старая техника уже была неспособна обеспечить доставку атомных боеприпасов на другой материк, что потребовало создания новых самолетов, развития ракетной техники и т.д. Уже в сороковых годах в умах американских инженеров созрела идея установить на самолет ядерный реактор. Подсчеты того времени показывали, что на одной заправке ядерным топливом самолет, сопоставимый по массогабаритным и летным параметрам с бомбардировщиком B-29, сможет провести в воздухе не менее пяти тысяч часов. Иными словами, даже при тогдашних несовершенных технологиях ядерный реактор на борту при помощи всего одной заправки топливом мог обеспечивать самолет энергией на протяжении всего срока эксплуатации.
Вторым преимуществом гипотетических атомолетов того времени были достигаемые реактором температуры. При правильном конструировании ядерной силовой установки можно было бы усовершенствовать существующие турбореактивные двигатели, нагревая рабочее вещество при помощи реактора. Таким образом, появилась возможность увеличить энергию реактивных газов двигателя и их температуру, что привело бы к значительному повышению тяги подобного двигателя. В результате всех теоретических размышлений и расчетов самолеты с ядерными двигателями в некоторых головах превратились в универсальное и непобедимое средство доставки атомных бомб. Однако дальнейшие практические работы охладили пыл таких «мечтателей».
Испытательные полеты лаборатории NB-36H выглядели следующим образом: летчики поднимали в воздух самолет с заглушенным реактором, летели в испытательную зону над ближайшей пустыней, где проводили все эксперименты. По окончании опытов реактор отключался, а самолет возвращался на базу. Вместе с «Крестоносцем» с аэродрома Карсвелл взлетал еще один бомбардировщик B-36 с контрольно-измерительной аппаратурой и транспортник с десантниками-морпехами. В случае падения опытного самолета морские пехотинцы должны были десантироваться рядом с обломками, оцепить район и принять участие в ликвидации последствий аварии. К счастью, все 47 полетов с работающим реактором обошлись без вынужденного спасательного десанта. Пробные полеты показали, что самолет с ядерной силовой установкой не представляет какой-либо серьезной опасности для окружающей среды, конечно, при правильной эксплуатации и отсутствии каких-либо инцидентов.
Вторая летающая лаборатория с обозначением X-6 тоже должна была быть переделана из бомбардировщика B-36. На этот самолет собирались установить кабину экипажа, аналогичную агрегату «Крестоносца», а в средней части фюзеляжа смонтировать атомную силовую установку. Последнюю спроектировали на базе установки P-1 и оснастили новыми двигателями GE XJ39, созданными на основе турбореактивных J47. Каждый из четырех двигателей имел тягу в 3100 кгс. Интересно, что ядерная энергоустановка представляла собой моноблок, предназначенный для монтажа на самолет непосредственно перед полетом. После посадки X-6 планировалось загонять в специально оборудованный ангар, снимать реактор с двигателями и убирать их в специальное хранилище. На этом этапе работ также была создана специальная продувочная установка. Дело в том, что после остановки компрессоров реактивных двигателей реактор переставал охлаждаться с достаточной эффективностью, и требовалось дополнительное средство обеспечения безопасного отключения реактора.
Проверка перед полетом
Перед началом полетов самолетов с полноценной ядерной энергоустановкой американские инженеры решили провести соответствующие исследования на наземных лабораториях. В 1955 году была собрана экспериментальная установка HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments – «Эксперименты с переносом тепла от реактора»). Пятидесятитонный агрегат собрали на базе железнодорожной платформы. Таким образом, перед началом экспериментов его можно было отвезти подальше от людей. В установке HTRE-1 применялся компактный урановый реактор с защитой, в которой применили бериллий и ртуть. Также на платформе разместили два двигателя JX39. Их запуск производился при помощи керосина, далее двигатели выходили на рабочие обороты, после чего по команде с пульта управления воздух от компрессора перенаправлялся к рабочей зоне реактора. Типичный эксперимент с HTRE-1 продолжался несколько часов, так имитировался длительный полет бомбардировщика. К середине 56-го года экспериментальный агрегат достиг тепловой мощности свыше 20 мегаватт.
В дальнейшем установку HTRE-1 переделали в соответствии с обновленным проектом, после чего она получила название HTRE-2. Новый реактор и новые технические решения обеспечили мощность в 14 МВт. Однако и второй вариант экспериментальной энергоустановки был слишком крупным для монтажа на самолетах. Поэтому к 1957 году началось конструирование системы HTRE-3. Она представляла собой глубоко модернизированную систему P-1, приспособленную для работы с двумя турбореактивными двигателями. Компактная и легкая система HTRE-3 обеспечивала тепловую мощность в 35 мегаватт. Весной 1958 года начались испытания третьего варианта наземного испытательного комплекса, полностью подтвердившие все расчеты и – главное – перспективы такой энергетической установки.
Непростая закрытая схема
Пока «Дженерал Электрик» в приоритетном порядке занимались тематикой двигателей открытой схемы, компания Pratt & Whitney не теряла времени и разрабатывала свой вариант ядерной энергоустановки закрытого типа. В «Пратт-энд-Уитни» сразу начали исследовать два варианта подобных систем. Первый подразумевал самое очевидное строение и функционирование установки: теплоноситель циркулирует в активной зоне и переносит тепло в соответствующую часть реактивного двигателя. Во втором случае ядерное топливо предлагалось измельчить и поместить непосредственно в теплоноситель. В такой системе топливо циркулировало бы по всему контуру теплоносителя, однако деление ядер происходило бы только в активной зоне. Достигнуть этого предполагалось при помощи правильной формы основного объема реактора и трубопроводов. В результате исследований удалось определить наиболее эффективные формы и размеры такой системы трубопроводов для циркуляции теплоносителя с топливом, которые обеспечивали эффективную работу реактора и помогали обеспечить хороший уровень защиты от излучения.
В то же время, система с циркулирующим топливом оказалась слишком сложной. Дальнейшая разработка в основном шла по пути «стационарных» тепловыделяющих элементов, омываемых металлическим теплоносителем. В качестве последнего рассматривались разные материалы, однако сложности с коррозионной стойкостью трубопроводов и обеспечением циркуляции жидкого металла не позволили остановиться именно на металлическом теплоносителе. В итоге пришлось проектировать реактор для использования сильно перегретой воды. По расчетам вода должна была набирать в реакторе температуру около 810-820°. Для ее сохранения в жидком состоянии пришлось создавать в системе давление около 350 кг/кв.см. Система получилась очень сложной, но значительно более простой и пригодной чем реактор с металлическим теплоносителем. К 1960 году Pratt & Whitney закончили работы над своей ядерной энергетической установкой для самолетов. Началась подготовка к испытаниям готовой системы, но эти тесты в итоге так и не состоялись.
Печальный конец
Программы NEPA и ANP помогли создать несколько десятков новых технологий, а также освоить ряд интересных ноу-хау. Однако главная их цель – создание атомолета – даже в 1960 году не могла быть достигнута в течение ближайших лет. В 1961 году к власти пришел Дж. Кеннеди, который сразу же заинтересовался успехами в области ядерных технологий для авиации. Поскольку таковых не наблюдалось, а расходы по программам достигли совершенно непотребных значений, судьба ANP и всех атомолетов оказалась под большим вопросом. За полтора десятилетия на исследования, проектирование, строительство различных агрегатов испытания ушло более миллиарда долларов. При этом строительство готового самолета с ядерной энергоустановкой все еще оставалось делом далекого будущего. Конечно, дополнительные затраты денег и времени могли бы довести атомолеты до практического применения. Однако администрация Кеннеди решила по-другому. Стоимость программы ANP постоянно росла, а результата не было. Кроме того, баллистические ракеты полностью доказали свой высокий потенциал. В первой половине 61-го новый президент подписал документ, согласно которому все работы по атомолетам следовало прекратить. Стоит отметить, незадолго до того, в 60-м году, Пентагон принял спорное решение, согласно которому прекращались все работы по энергоустановкам открытого типа, а все финансирование отводилось «закрытым» системам.
Несмотря на определенные успехи в области создания атомных энергоустановок для авиации, программа ANP была признана неудачной. В течение некоторого времени, одновременно с ANP, разрабатывались ядерные двигатели для перспективных ракет. Однако и эти проекты не дали ожидаемого результата. Со временем закрыли и их, а работы в направлении ядерных энергоустановок для самолетов и ракет полностью прекратились. Время от времени различные частные компании пробовали вести подобные разработки в инициативном порядке, но ни один из таких проектов не получил поддержки государства. Американское руководство, разуверившись в перспективах атомолетов, стало развивать ядерные энергоустановки для флота и АЭС.
По материалам сайтов:
http://vfk1.narod.ru/
http://hq.nasa.gov/
http://air-and-space.com/
http://airwar.ru/
http://nkj.ru/
В конце сороковых годов бывшие союзники в войне с Германией и Японией – США и СССР – внезапно стали злейшими врагами. Географические особенности взаимного расположения обеих стран требовали создания стратегических бомбардировщиков с межконтинентальной дальностью. Старая техника уже была неспособна обеспечить доставку атомных боеприпасов на другой материк, что потребовало создания новых самолетов, развития ракетной техники и т.д. Уже в сороковых годах в умах американских инженеров созрела идея установить на самолет ядерный реактор. Подсчеты того времени показывали, что на одной заправке ядерным топливом самолет, сопоставимый по массогабаритным и летным параметрам с бомбардировщиком B-29, сможет провести в воздухе не менее пяти тысяч часов. Иными словами, даже при тогдашних несовершенных технологиях ядерный реактор на борту при помощи всего одной заправки топливом мог обеспечивать самолет энергией на протяжении всего срока эксплуатации.
Вторым преимуществом гипотетических атомолетов того времени были достигаемые реактором температуры. При правильном конструировании ядерной силовой установки можно было бы усовершенствовать существующие турбореактивные двигатели, нагревая рабочее вещество при помощи реактора. Таким образом, появилась возможность увеличить энергию реактивных газов двигателя и их температуру, что привело бы к значительному повышению тяги подобного двигателя. В результате всех теоретических размышлений и расчетов самолеты с ядерными двигателями в некоторых головах превратились в универсальное и непобедимое средство доставки атомных бомб. Однако дальнейшие практические работы охладили пыл таких «мечтателей».
NB-36H (X-6)
Испытательные полеты лаборатории NB-36H выглядели следующим образом: летчики поднимали в воздух самолет с заглушенным реактором, летели в испытательную зону над ближайшей пустыней, где проводили все эксперименты. По окончании опытов реактор отключался, а самолет возвращался на базу. Вместе с «Крестоносцем» с аэродрома Карсвелл взлетал еще один бомбардировщик B-36 с контрольно-измерительной аппаратурой и транспортник с десантниками-морпехами. В случае падения опытного самолета морские пехотинцы должны были десантироваться рядом с обломками, оцепить район и принять участие в ликвидации последствий аварии. К счастью, все 47 полетов с работающим реактором обошлись без вынужденного спасательного десанта. Пробные полеты показали, что самолет с ядерной силовой установкой не представляет какой-либо серьезной опасности для окружающей среды, конечно, при правильной эксплуатации и отсутствии каких-либо инцидентов.
Вторая летающая лаборатория с обозначением X-6 тоже должна была быть переделана из бомбардировщика B-36. На этот самолет собирались установить кабину экипажа, аналогичную агрегату «Крестоносца», а в средней части фюзеляжа смонтировать атомную силовую установку. Последнюю спроектировали на базе установки P-1 и оснастили новыми двигателями GE XJ39, созданными на основе турбореактивных J47. Каждый из четырех двигателей имел тягу в 3100 кгс. Интересно, что ядерная энергоустановка представляла собой моноблок, предназначенный для монтажа на самолет непосредственно перед полетом. После посадки X-6 планировалось загонять в специально оборудованный ангар, снимать реактор с двигателями и убирать их в специальное хранилище. На этом этапе работ также была создана специальная продувочная установка. Дело в том, что после остановки компрессоров реактивных двигателей реактор переставал охлаждаться с достаточной эффективностью, и требовалось дополнительное средство обеспечения безопасного отключения реактора.
Проверка перед полетом
Перед началом полетов самолетов с полноценной ядерной энергоустановкой американские инженеры решили провести соответствующие исследования на наземных лабораториях. В 1955 году была собрана экспериментальная установка HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments – «Эксперименты с переносом тепла от реактора»). Пятидесятитонный агрегат собрали на базе железнодорожной платформы. Таким образом, перед началом экспериментов его можно было отвезти подальше от людей. В установке HTRE-1 применялся компактный урановый реактор с защитой, в которой применили бериллий и ртуть. Также на платформе разместили два двигателя JX39. Их запуск производился при помощи керосина, далее двигатели выходили на рабочие обороты, после чего по команде с пульта управления воздух от компрессора перенаправлялся к рабочей зоне реактора. Типичный эксперимент с HTRE-1 продолжался несколько часов, так имитировался длительный полет бомбардировщика. К середине 56-го года экспериментальный агрегат достиг тепловой мощности свыше 20 мегаватт.
HTRE-1
В дальнейшем установку HTRE-1 переделали в соответствии с обновленным проектом, после чего она получила название HTRE-2. Новый реактор и новые технические решения обеспечили мощность в 14 МВт. Однако и второй вариант экспериментальной энергоустановки был слишком крупным для монтажа на самолетах. Поэтому к 1957 году началось конструирование системы HTRE-3. Она представляла собой глубоко модернизированную систему P-1, приспособленную для работы с двумя турбореактивными двигателями. Компактная и легкая система HTRE-3 обеспечивала тепловую мощность в 35 мегаватт. Весной 1958 года начались испытания третьего варианта наземного испытательного комплекса, полностью подтвердившие все расчеты и – главное – перспективы такой энергетической установки.
Непростая закрытая схема
Пока «Дженерал Электрик» в приоритетном порядке занимались тематикой двигателей открытой схемы, компания Pratt & Whitney не теряла времени и разрабатывала свой вариант ядерной энергоустановки закрытого типа. В «Пратт-энд-Уитни» сразу начали исследовать два варианта подобных систем. Первый подразумевал самое очевидное строение и функционирование установки: теплоноситель циркулирует в активной зоне и переносит тепло в соответствующую часть реактивного двигателя. Во втором случае ядерное топливо предлагалось измельчить и поместить непосредственно в теплоноситель. В такой системе топливо циркулировало бы по всему контуру теплоносителя, однако деление ядер происходило бы только в активной зоне. Достигнуть этого предполагалось при помощи правильной формы основного объема реактора и трубопроводов. В результате исследований удалось определить наиболее эффективные формы и размеры такой системы трубопроводов для циркуляции теплоносителя с топливом, которые обеспечивали эффективную работу реактора и помогали обеспечить хороший уровень защиты от излучения.
В то же время, система с циркулирующим топливом оказалась слишком сложной. Дальнейшая разработка в основном шла по пути «стационарных» тепловыделяющих элементов, омываемых металлическим теплоносителем. В качестве последнего рассматривались разные материалы, однако сложности с коррозионной стойкостью трубопроводов и обеспечением циркуляции жидкого металла не позволили остановиться именно на металлическом теплоносителе. В итоге пришлось проектировать реактор для использования сильно перегретой воды. По расчетам вода должна была набирать в реакторе температуру около 810-820°. Для ее сохранения в жидком состоянии пришлось создавать в системе давление около 350 кг/кв.см. Система получилась очень сложной, но значительно более простой и пригодной чем реактор с металлическим теплоносителем. К 1960 году Pratt & Whitney закончили работы над своей ядерной энергетической установкой для самолетов. Началась подготовка к испытаниям готовой системы, но эти тесты в итоге так и не состоялись.
Печальный конец
Программы NEPA и ANP помогли создать несколько десятков новых технологий, а также освоить ряд интересных ноу-хау. Однако главная их цель – создание атомолета – даже в 1960 году не могла быть достигнута в течение ближайших лет. В 1961 году к власти пришел Дж. Кеннеди, который сразу же заинтересовался успехами в области ядерных технологий для авиации. Поскольку таковых не наблюдалось, а расходы по программам достигли совершенно непотребных значений, судьба ANP и всех атомолетов оказалась под большим вопросом. За полтора десятилетия на исследования, проектирование, строительство различных агрегатов испытания ушло более миллиарда долларов. При этом строительство готового самолета с ядерной энергоустановкой все еще оставалось делом далекого будущего. Конечно, дополнительные затраты денег и времени могли бы довести атомолеты до практического применения. Однако администрация Кеннеди решила по-другому. Стоимость программы ANP постоянно росла, а результата не было. Кроме того, баллистические ракеты полностью доказали свой высокий потенциал. В первой половине 61-го новый президент подписал документ, согласно которому все работы по атомолетам следовало прекратить. Стоит отметить, незадолго до того, в 60-м году, Пентагон принял спорное решение, согласно которому прекращались все работы по энергоустановкам открытого типа, а все финансирование отводилось «закрытым» системам.
Несмотря на определенные успехи в области создания атомных энергоустановок для авиации, программа ANP была признана неудачной. В течение некоторого времени, одновременно с ANP, разрабатывались ядерные двигатели для перспективных ракет. Однако и эти проекты не дали ожидаемого результата. Со временем закрыли и их, а работы в направлении ядерных энергоустановок для самолетов и ракет полностью прекратились. Время от времени различные частные компании пробовали вести подобные разработки в инициативном порядке, но ни один из таких проектов не получил поддержки государства. Американское руководство, разуверившись в перспективах атомолетов, стало развивать ядерные энергоустановки для флота и АЭС.
По материалам сайтов:
http://vfk1.narod.ru/
http://hq.nasa.gov/
http://air-and-space.com/
http://airwar.ru/
http://nkj.ru/
Автор: Glenn Witcher