Halvtredserne i det sidste århundrede var en periode med hurtig udvikling af atomteknologi. Supermagter byggede deres atomarsenaler, byggede atomkraftværker, isbrydere, ubåde og krigsskibe med atomkraftværker undervejs. Nye teknologier lovede stort. For eksempel havde atomubåden ingen begrænsninger på krydstogtens rækkevidde i nedsænket position, og "tankning" af kraftværket kunne udføres hvert par år. Selvfølgelig havde atomreaktorer også ulemper, men deres iboende fordele opvejede mere end alle omkostninger ved sikkerhed. Over tid interesserede atomkraftsystemernes store potentiale ikke kun kommandoen over flåden, men også den militære luftfart. Et fly med en reaktor ombord kunne have meget bedre flyveegenskaber end sine benzin- eller petroleumsparater. Først og fremmest blev militæret tiltrukket af den teoretiske flyvning af et sådant bombefly, transportfly eller anti-ubådsfly.
I slutningen af 1940'erne blev de tidligere allierede i krigen med Tyskland og Japan - USA og Sovjetunionen - pludselig bitre fjender. De geografiske træk ved begge landes gensidige placering krævede oprettelse af strategiske bombefly med et interkontinentalt område. Den gamle teknologi var allerede ude af stand til at sikre levering af atomammunition til et andet kontinent, hvilket krævede oprettelse af nye fly, udvikling af raketteknologi osv. Allerede i firserne var tanken om at installere en atomreaktor på et fly moden i hovedet på amerikanske ingeniører. Beregninger af den tid viste, at et fly, der var sammenligneligt i vægt, størrelse og flyveparametre med et B-29-bombefly, kunne bruge mindst fem tusinde timer i luften ved et tankning med atombrændstof. Med andre ord, selv med den tids ufuldkomne teknologier kunne en atomreaktor om bord med kun en tankning give et fly energi i hele dets levetid.
Den anden fordel ved datidens hypotetiske atomicoletter var de temperaturer, reaktoren nåede. Med den korrekte konstruktion af et atomkraftværk ville det være muligt at forbedre de eksisterende turbojetmotorer ved at opvarme arbejdsstoffet ved hjælp af en reaktor. Således blev det muligt at øge energien i motorens jetgasser og deres temperatur, hvilket ville føre til en betydelig stigning i en sådan motors kraft. Som et resultat af alle teoretiske overvejelser og beregninger er fly med atommotorer i nogle hoveder blevet til et universelt og uovervindeligt transportkøretøj til atombomber. Imidlertid afkølede yderligere praktisk arbejde ildsjælen hos sådanne "drømmere".
NEPA program
Tilbage i 1946 åbnede det nyoprettede amerikanske forsvarsministerium NEPA -projektet (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Målet med dette program var at studere alle aspekter af avancerede atomkraftværker til fly. Fairchild blev udpeget som hovedentreprenør for NEPA -programmet. Hun blev instrueret i at studere udsigterne for strategiske bombefly og højhastigheds-rekognosceringsfly udstyret med atomkraftværker samt at forme udseendet af sidstnævnte. Fairchilds medarbejdere besluttede at starte arbejdet med programmet med det mest presserende spørgsmål: pilots sikkerhed og vedligeholdelsespersonale. Til dette blev en kapsel med flere gram radium anbragt i lastrummet på bombeflyet, der blev brugt som et flyvende laboratorium. I stedet for en del af den almindelige besætning deltog virksomhedens medarbejdere, "bevæbnet" med Geiger -skranker, i forsøgsflyvningerne. På trods af den relativt lille mængde radioaktivt metal i lastrummet oversteg baggrundsstrålingen det tilladte niveau i alle flyets beboelige mængder. Som et resultat af disse undersøgelser måtte Fairchilds medarbejdere gå ned til beregningerne og finde ud af, hvilken beskyttelse reaktoren ville have brug for for at sikre korrekt sikkerhed. Allerede foreløbige beregninger har tydeligt vist, at B-29-flyet simpelthen ikke vil være i stand til at bære en sådan masse, og mængden af det eksisterende lastrum vil ikke tillade, at reaktoren placeres uden at demontere bombeholderne. Med andre ord, i tilfælde af B-29, skulle man vælge mellem en lang flyvning (og selv da i en fjern fremtid) og i det mindste en form for nyttelast.
Yderligere arbejde med oprettelsen af et foreløbigt design af en flyreaktor løb ind i nye og nye problemer. Efter de uacceptable parametre for vægt og størrelse dukkede vanskeligheder op med kontrol af reaktoren under flyvning, effektiv beskyttelse af besætningen og strukturen, overførsel af kraft fra reaktoren til propellerne og så videre. Endelig viste det sig, at selv med tilstrækkelig alvorlig beskyttelse kan stråling fra reaktoren negativt påvirke flyets effektsæt og endda smøring af motorerne, for slet ikke at tale om det elektroniske udstyr og besætningen. Ifølge resultaterne af forarbejde havde NEPA -programmet i 1948 trods de brugte ti millioner dollars meget tvivlsomme resultater. I sommeren 48 blev der afholdt en lukket konference på Massachusetts Institute of Technology om emnet udsigter for atomkraftværker til fly. Efter en række tvister og konsultationer kom ingeniører og videnskabsmænd, der deltog i arrangementet, til den konklusion, at det i princippet var muligt at oprette et atomfly, men dets første flyvninger blev først tilskrevet midten af tresserne eller endda til et endnu senere dato.
På konferencen på MIT blev det annonceret oprettelsen af to koncepter til avancerede atommotorer, åbne og lukkede. Den "åbne" atomstrålemotor var en slags konventionel turbojetmotor, hvor den indgående luft opvarmes ved hjælp af en varm atomreaktor. Den varme luft blev kastet ud gennem dysen og roterede samtidig turbinen. Sidstnævnte satte kompressorhjulene i gang. Ulemperne ved et sådant system blev straks diskuteret. På grund af behovet for luftkontakt med reaktorens varmedele forårsagede nuklear sikkerhed i hele systemet særlige problemer. Desuden skulle reaktoren i en sådan motor for et acceptabelt layout af flyet være meget, meget lille, hvilket påvirkede dets effekt og beskyttelsesniveau.
En atomkraftmotor af lukket type skulle fungere på en lignende måde med den forskel, at luften inde i motoren ville varme op ved kontakt med selve reaktoren, men i en særlig varmeveksler. Direkte fra reaktoren, i dette tilfælde, blev det foreslået at opvarme et bestemt kølemiddel, og luften skulle få temperatur ved kontakt med radiatorerne i det primære kredsløb inde i motoren. Møllen og kompressoren forblev på plads og kørte på nøjagtig samme måde som på turbojetter eller åbne atommotorer. Motoren med lukket kredsløb pålagde ingen særlige begrænsninger for reaktorens dimensioner og gjorde det muligt at reducere emissionerne til miljøet betydeligt. På den anden side var et særligt problem valget af et kølemiddel til overførsel af reaktorens energi til luften. Forskellige kølevæsker-væsker gav ikke den korrekte effektivitet, og metal krævede forvarmning, før motoren startes.
Under konferencen blev der foreslået flere originale metoder til at øge niveauet for besætningsbeskyttelse. Først og fremmest vedrørte de oprettelsen af bærende elementer af et passende design, som uafhængigt ville afskærme besætningen fra reaktorens stråling. Mindre optimistiske forskere foreslog ikke at risikere piloter eller i det mindste deres reproduktive funktion. Derfor var der et forslag om at yde det højest mulige beskyttelsesniveau og rekruttere besætninger fra ældre piloter. Endelig dukkede ideer op om at udstyre et lovende atomfly med et fjernbetjeningssystem, så mennesker under flyvningen slet ikke ville risikere deres helbred. Under diskussionen om den sidste mulighed kom ideen om at placere besætningen i et lille svævefly, som skulle slæbes bag det atomdrevne fly på et kabel af tilstrækkelig længde.
ANP -program
Konferencen på MIT, der havde fungeret som en slags brainstorming, havde en positiv effekt på det videre forløb af programmet til oprettelse af atomdrevne fly. I midten af 1949 lancerede det amerikanske militær et nyt program kaldet ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Denne gang involverede arbejdsplanen forberedelser til oprettelsen af et fuldgyldigt fly med et atomkraftværk om bord. På grund af andre prioriteter er listen over virksomheder, der er involveret i programmet, blevet ændret. Således blev Lockheed og Convair ansat som udviklere af flyrammen til et lovende fly, og General Electric og Pratt & Whitney fik til opgave at fortsætte Fairchilds arbejde med atomflymotoren.
I de tidlige faser af ANP -programmet fokuserede kunden mere på en sikrere lukket motor, men General Electric gennemførte "opsøgende" til militære og embedsmænd. General Electric -medarbejdere pressede på for enkelhed og som følge heraf billighed af en åben motor. Det lykkedes dem at overtale de ansvarlige, og som et resultat blev kørselsretningen for ANP -programmet opdelt i to uafhængige projekter: en "åben" motor udviklet af General Electric og en motor med lukket kredsløb fra Pratt & Whitney. Snart kunne General Electric presse deres projekt igennem og opnå særlig prioritet for det og som følge heraf yderligere finansiering.
I løbet af ANP -programmet blev en anden tilføjet til de allerede eksisterende atommotormuligheder. Denne gang blev det foreslået at lave en motor, der ligner et atomkraftværk i sin struktur: reaktoren opvarmer vandet, og den resulterende damp driver turbinen. Sidstnævnte overfører strøm til propellen. Et sådant system, der havde en lavere effektivitet i sammenligning med andre, viste sig at være det enkleste og mest bekvemme for den hurtigste produktion. Ikke desto mindre blev denne version af kraftværket til atomdrevne fly ikke den vigtigste. Efter nogle sammenligninger besluttede bygherren og ANP -entreprenørerne at fortsætte udviklingen af "åbne" og "lukkede" motorer, hvilket efterlod dampturbinen som et tilbageslag.
Første prøver
I 1951-52 nærmede ANP-programmet sig muligheden for at bygge det første prototype fly. Convair YB-60 bombeflyet, som blev udviklet på det tidspunkt, blev taget som grundlag for det, som var en dyb modernisering af B-36 med en fejet vinge og turbojetmotorer. P-1 kraftværket var specielt designet til YB-60. Det var baseret på en cylindrisk enhed med en reaktor indeni. Atominstallationen gav en termisk effekt på omkring 50 megawatt. Fire GE XJ53 -turbojetmotorer blev forbundet til reaktoren via et rørsystem. Efter motorkompressoren passerede luften gennem rørene forbi reaktorkernen og blev opvarmet deroppe, kastet ud gennem dysen. Beregninger viste, at luft alene ikke vil være nok til at afkøle reaktoren, så tanke og rør til borvandsløsning blev indført i systemet. Alle kraftværkssystemer forbundet til reaktoren var planlagt til at blive monteret i bombeflyets bageste bagagerum, så langt som muligt fra de beboelige mængder.
YB-60 prototype
Det er værd at bemærke, at det også var planlagt at efterlade de indfødte turbojetmotorer på YB-60-flyet. Faktum er, at åbne kredsløbsmotorer forurener miljøet, og ingen vil tillade, at dette sker i umiddelbar nærhed af flyvepladser eller bosættelser. Derudover havde atomkraftværket på grund af tekniske egenskaber en dårlig gasrespons. Derfor var brugen praktisk og acceptabel kun til lange flyvninger med krydshastighed.
En anden sikkerhedsforanstaltning, men af en anden karakter, var oprettelsen af yderligere to flyvende laboratorier. Den første af dem, betegnet NB-36H og egennavn Crusader ("Crusader"), var beregnet til at kontrollere besætningens sikkerhed. På serien B-36 blev der installeret en tolv tons cockpitmontering, samlet af tykke stålplader, blypaneler og 20 cm glas. For yderligere beskyttelse var der en vandtank med bor bag førerhuset. I haleområdet på korsfareren, i samme afstand fra cockpittet som på YB-60, blev der installeret en eksperimentel ASTR-reaktor (Aircraft Shield Test Reactor) med en kapacitet på cirka en megawatt. Reaktoren blev afkølet med vand, som overførte kernens varme til varmevekslere på skrogets ydre overflade. ASTR -reaktoren udførte ikke nogen praktisk opgave og fungerede kun som en eksperimentel strålekilde.
NB-36H (X-6)
Testflyvninger i NB-36H-laboratoriet så sådan ud: Piloterne løftede et fly med en dæmpet reaktor op i luften, fløj til testområdet over den nærmeste ørken, hvor alle eksperimenter blev udført. Ved afslutningen af forsøgene blev reaktoren slukket, og flyet vendte tilbage til basen. Sammen med korsfareren startede endnu en B-36 bombefly med instrumentering og en transport med marine faldskærmstropper fra Carswell flyveplads. I tilfælde af et styrt af et prototype fly skulle marinesoldaterne lande ved siden af vraget, afspærre området og deltage i at fjerne konsekvenserne af ulykken. Heldigvis klarede alle 47 flyvninger med en fungerende reaktor sig uden en tvungen redningslanding. Testflyvninger har vist, at et atomdrevet fly naturligvis ikke udgør nogen alvorlig trussel mod miljøet med korrekt drift og ingen hændelser.
Det andet flyvende laboratorium, betegnet X-6, skulle også konverteres fra B-36 bombefly. De skulle installere et cockpit på dette fly, der ligner enheden i "Korsfareren", og montere et atomkraftværk midt i flykroppen. Sidstnævnte blev designet på basis af P-1-enheden og udstyret med nye GE XJ39-motorer, skabt på grundlag af J47-turbojets. Hver af de fire motorer havde et tryk på 3100 kgf. Interessant nok var atomkraftværket en monoblok designet til at blive monteret på et fly lige inden flyvningen. Efter landing var det planlagt at køre X-6 ind i en specielt udstyret hangar, fjerne reaktoren med motorer og sætte dem i et særligt lager. På denne fase af arbejdet blev der også oprettet en særlig rensningsenhed. Faktum er, at efter nedlukning af jetmotorernes kompressorer ophørte reaktoren med at blive afkølet med tilstrækkelig effektivitet, og et yderligere middel til at sikre en sikker nedlukning af reaktoren var påkrævet.
Check før flyvning
Inden starten på flyvninger med fly med et fuldgyldigt atomkraftværk besluttede amerikanske ingeniører at foretage passende forskning på jordbaserede laboratorier. I 1955 blev en eksperimentel installation HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments) samlet. Den halvtreds tons enhed blev samlet på basis af en jernbaneplatform. Før eksperimenterne startede, kunne det således tages fra mennesker. HTRE-1-enheden brugte en afskærmet kompakt uranreaktor ved hjælp af beryllium og kviksølv. Der blev også placeret to JX39 -motorer på platformen. De blev startet med at bruge petroleum, hvorefter motorerne nåede driftshastighed, hvorefter luften fra kompressoren på kommando fra kontrolpanelet blev omdirigeret til reaktorens arbejdsområde. Et typisk eksperiment med HTRE-1 varede flere timer og simulerede en lang flyvning af et bombefly. I midten af 56 nåede den eksperimentelle enhed en termisk kapacitet på over 20 megawatt.
HTRE-1
Efterfølgende blev HTRE-1-enheden redesignet i overensstemmelse med det opdaterede projekt, hvorefter den fik navnet HTRE-2. Den nye reaktor og nye tekniske løsninger gav en effekt på 14 MW. Den anden version af det eksperimentelle kraftværk var imidlertid for stor til installation på fly. Derfor begyndte designet af HTRE-3-systemet i 1957. Det var et dybt moderniseret P-1-system, tilpasset til arbejde med to turbojet-motorer. Det kompakte og lette HTRE-3-system leverede 35 megawatt termisk effekt. I foråret 1958 begyndte test af den tredje version af grundtestkomplekset, hvilket fuldt ud bekræftede alle beregninger og, vigtigst af alt, udsigterne for et sådant kraftværk.
Vanskeligt lukket kredsløb
Mens General Electric prioriterede åbne kredsløbsmotorer, spildte Pratt & Whitney ingen tid på at udvikle sin egen version af et lukket atomkraftværk. Hos Pratt & Whitney begyndte de straks at undersøge to varianter af sådanne systemer. Den første indebar den mest oplagte struktur og drift af anlægget: kølemidlet cirkulerer i kernen og overfører varme til den tilsvarende del af jetmotoren. I det andet tilfælde blev det foreslået at male atombrændstof og placere det direkte i kølevæsken. I et sådant system ville brændstoffet cirkulere langs hele kølevæskekredsløbet, men nuklear fission ville kun forekomme i kernen. Det var meningen, at dette skulle opnås ved hjælp af den korrekte form på reaktorens og rørledningernes hovedvolumen. Som et resultat af forskningen var det muligt at bestemme de mest effektive former og størrelser af et sådant rørsystem til cirkulation af kølemiddel med brændstof, hvilket sikrede en effektiv drift af reaktoren og bidrog til at give et godt beskyttelsesniveau mod stråling.
Samtidig viste det cirkulerende brændstofsystem sig at være for komplekst. Yderligere udvikling fulgte hovedsageligt vejen for "stationære" brændstofelementer, der blev vasket med et metalkølemiddel. Som sidstnævnte blev forskellige materialer overvejet, men vanskeligheder med rørledningers korrosionsbestandighed og tilvejebringelse af cirkulation af flydende metal tillod os ikke at dvæle ved metalkølevæsken. Som et resultat skulle reaktoren være designet til at bruge stærkt overophedet vand. Ifølge beregninger skulle vandet have nået en temperatur på ca. 810-820 ° i reaktoren. For at holde det i flydende tilstand var det nødvendigt at skabe et tryk på ca. 350 kg / cm2 i systemet. Systemet viste sig at være meget komplekst, men meget enklere og mere egnet end en reaktor med et metalkølemiddel. I 1960 havde Pratt & Whitney afsluttet arbejdet med deres atomkraftværk til fly. Forberedelserne begyndte til test af det færdige system, men i sidste ende fandt disse tests ikke sted.
Trist afslutning
NEPA- og ANP-programmerne har hjulpet med at skabe snesevis af nye teknologier samt en række interessante know-how. Men deres hovedmål - oprettelsen af et atomfly - selv i 1960 kunne ikke nås inden for de næste par år. I 1961 kom J. Kennedy til magten, som straks blev interesseret i fremskridt inden for atomteknologi til luftfart. Da disse ikke blev observeret, og omkostningerne ved programmerne nåede helt uanstændige værdier, viste det sig at ANP og alle atomdrevne flys skæbne var et stort spørgsmål. Over halvandet årti blev der brugt mere end en milliard dollars på forskning, design og konstruktion af forskellige testenheder. Samtidig var konstruktionen af et færdigt fly med et atomkraftværk stadig et spørgsmål om en fjern fremtid. Selvfølgelig kan ekstra udgifter til penge og tid bringe atomflyet til praktisk brug. Kennedy -administrationen besluttede imidlertid anderledes. Omkostningerne ved ANP -programmet voksede konstant, men der var intet resultat. Derudover har ballistiske missiler fuldt ud bevist deres høje potentiale. I første halvdel af den 61. underskrev den nye præsident et dokument, hvorefter alt arbejde på atomdrevne fly skulle have været stoppet. Det er værd at bemærke, at Pentagon kort før, i det 60. år, traf en kontroversiel beslutning, hvorefter alt arbejde på åbne kraftværker blev stoppet, og al finansiering blev allokeret til "lukkede" systemer.
På trods af en vis succes inden for oprettelsen af atomkraftværker til luftfart blev ANP -programmet anset for mislykket. I et stykke tid, samtidig med ANP, blev atommotorer til lovende missiler udviklet. Disse projekter gav dog ikke det forventede resultat. Over tid blev de også lukket, og arbejdet i retning af atomkraftværker til fly og missiler stoppede helt. Fra tid til anden forsøgte forskellige private virksomheder at gennemføre en sådan udvikling på eget initiativ, men ingen af disse projekter modtog statsstøtte. Den amerikanske ledelse, efter at have mistet troen på udsigterne til atomdrevne fly, begyndte at udvikle atomkraftværker til flåden og atomkraftværker.
