Lima puluhan abad yang lalu adalah masa perkembangan teknologi nuklear yang pesat. Kuasa-kuasa besar membina senjata api nuklear mereka, membina loji tenaga nuklear, pemecah ais, kapal selam dan kapal perang dengan loji tenaga nuklear di sepanjang jalan. Teknologi baru menjanjikan. Sebagai contoh, kapal selam nuklear tidak memiliki batasan pada jarak pelayaran di posisi terendam, dan "pengisian bahan bakar" dari pembangkit listrik dapat dilakukan setiap beberapa tahun. Sudah tentu, reaktor nuklear juga mempunyai kekurangan, tetapi kelebihan yang ada pada mereka lebih daripada mengimbangi semua kos keselamatan. Seiring berjalannya waktu, potensi tinggi sistem tenaga nuklear tidak hanya menarik perhatian tentera laut, tetapi juga penerbangan ketenteraan. Pesawat dengan reaktor di kapal boleh mempunyai ciri penerbangan yang jauh lebih baik daripada petrol atau minyak tanah. Pertama sekali, tentera tertarik dengan jangkauan penerbangan teori seperti pengebom, pesawat pengangkutan atau pesawat anti-kapal selam.
Pada akhir 1940-an, bekas sekutu dalam perang dengan Jerman dan Jepun - AS dan USSR - tiba-tiba menjadi musuh pahit. Ciri-ciri geografi lokasi kedua-dua negara memerlukan penciptaan pengebom strategik dengan jarak antara benua. Teknologi lama tidak dapat memastikan penghantaran peluru atom ke benua lain, yang memerlukan penciptaan pesawat baru, pengembangan teknologi roket, dll. Sudah berusia empat puluhan, idea memasang reaktor nuklear di pesawat sudah matang di fikiran jurutera Amerika. Perhitungan waktu itu menunjukkan bahawa pesawat yang sebanding dengan berat, ukuran dan parameter penerbangan dengan pengebom B-29 dapat menghabiskan sekurang-kurangnya lima ribu jam di udara untuk mengisi bahan bakar nuklear. Dengan kata lain, walaupun dengan teknologi yang tidak sempurna pada masa itu, reaktor nuklear di atas kapal dengan hanya satu pengisian bahan bakar dapat memberikan tenaga kepada pesawat udara sepanjang hayat perkhidmatannya.
Kelebihan kedua atomikolet hipotetis pada masa itu ialah suhu yang dicapai oleh reaktor. Dengan reka bentuk loji tenaga nuklear yang betul, adalah mungkin untuk memperbaiki enjin turbojet yang ada dengan memanaskan bahan kerja dengan bantuan reaktor. Oleh itu, menjadi mungkin untuk meningkatkan tenaga gas jet enjin dan suhu mereka, yang akan menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam tuju mesin tersebut. Sebagai hasil dari semua pertimbangan dan perhitungan teori, pesawat dengan mesin nuklear di beberapa kepala telah berubah menjadi kendaraan pengiriman universal dan tak terkalahkan untuk bom atom. Walau bagaimanapun, kerja praktikal lebih lanjut menyejukkan semangat "pemimpi" seperti itu.
Program NEPA
Kembali pada tahun 1946, Jabatan Pertahanan AS yang baru dibentuk membuka projek NEPA (Tenaga Nuklear untuk Penggerak Pesawat). Matlamat program ini adalah untuk mempelajari semua aspek loji tenaga nuklear canggih untuk pesawat terbang. Fairchild dilantik sebagai kontraktor utama untuk program NEPA. Dia diinstruksikan untuk mempelajari prospek pengebom strategik dan pesawat pengintai berkelajuan tinggi yang dilengkapi dengan pembangkit tenaga nuklear, dan juga untuk membentuk penampilan yang terakhir. Pekerja Fairchild memutuskan untuk memulakan program dengan masalah yang paling mendesak: keselamatan juruterbang dan kakitangan penyelenggaraan. Untuk ini, kapsul dengan beberapa gram radium diletakkan di ruang kargo pengebom yang digunakan sebagai makmal terbang. Daripada sebahagian daripada kru biasa, pekerja syarikat itu, "bersenjata" dengan kaunter Geiger, turut serta dalam penerbangan eksperimen. Walaupun jumlah logam radioaktif yang agak kecil di ruang kargo, sinaran latar belakang melebihi tahap yang dibenarkan dalam semua jumlah pesawat yang dapat dihuni. Hasil daripada kajian ini, pekerja Fairchild harus melakukan perhitungan dan mengetahui perlindungan apa yang diperlukan reaktor untuk memastikan keselamatan yang tepat. Pengiraan awal telah menunjukkan dengan jelas bahawa pesawat B-29 tidak akan dapat membawa jisim seperti itu, dan isipadu ruang kargo yang ada tidak akan membenarkan reaktor diletakkan tanpa melepaskan rak bom. Dengan kata lain, dalam kasus B-29, seseorang harus memilih antara jarak penerbangan yang panjang (dan bahkan kemudian, dalam masa yang sangat jauh) dan sekurang-kurangnya semacam muatan.
Kerja lebih lanjut mengenai penciptaan reka bentuk awal reaktor pesawat menghadapi masalah baru dan baru. Berikutan parameter berat dan ukuran yang tidak dapat diterima, kesulitan muncul dengan kawalan reaktor dalam penerbangan, perlindungan kru dan struktur yang berkesan, pemindahan kuasa dari reaktor ke baling-baling, dan sebagainya. Akhirnya, ternyata walaupun dengan perlindungan yang cukup serius, radiasi dari reaktor dapat mempengaruhi set kuasa pesawat secara negatif dan juga pelinciran mesin, belum lagi peralatan elektronik dan kru. Menurut hasil kerja awal, program NEPA pada tahun 1948, walaupun menghabiskan sepuluh juta dolar, mempunyai hasil yang sangat meragukan. Pada musim panas tahun 48, sebuah persidangan tertutup diadakan di Massachusetts Institute of Technology mengenai topik prospek loji tenaga nuklear untuk pesawat. Setelah beberapa perselisihan dan perundingan, para jurutera dan saintis yang berpartisipasi dalam acara tersebut sampai pada kesimpulan bahawa pada dasarnya mungkin membuat pesawat atom, tetapi penerbangan pertamanya hanya disebabkan pertengahan tahun enam puluhan atau bahkan kemudian Tarikh.
Pada persidangan di MIT, diumumkan penciptaan dua konsep untuk enjin nuklear canggih, terbuka dan tertutup. Enjin jet nuklear "terbuka" adalah sejenis enjin turbojet konvensional, di mana udara masuk dipanaskan menggunakan reaktor nuklear panas. Udara panas dikeluarkan melalui muncung, sekaligus memutarkan turbin. Yang terakhir ini menggerakkan pendesak pemampat. Kelemahan sistem seperti itu segera dibincangkan. Oleh kerana perlunya hubungan udara dengan bahagian pemanasan reaktor, keselamatan nuklear seluruh sistem menimbulkan masalah khas. Sebagai tambahan, untuk susun atur pesawat yang dapat diterima, reaktor enjin sedemikian mestilah sangat kecil, yang mempengaruhi kekuatan dan tahap perlindungannya.
Enjin jet nuklear jenis tertutup harus berfungsi dengan cara yang sama, dengan perbezaan bahawa udara di dalam mesin akan menjadi panas ketika bersentuhan dengan reaktor itu sendiri, tetapi dalam penukar haba khas. Langsung dari reaktor, dalam hal ini, diusulkan untuk memanaskan penyejuk tertentu, dan udara harus mendapatkan suhu ketika bersentuhan dengan radiator litar utama di dalam mesin. Turbin dan pemampat tetap berada di tempatnya dan beroperasi dengan cara yang sama seperti pada turbojet atau enjin nuklear jenis terbuka. Enjin litar tertutup tidak mengenakan sekatan khas pada dimensi reaktor dan memungkinkan untuk mengurangkan pelepasan ke persekitaran dengan ketara. Sebaliknya, masalah khusus ialah pemilihan penyejuk untuk memindahkan tenaga reaktor ke udara. Pelbagai cecair penyejuk tidak memberikan kecekapan yang betul, dan logam memerlukan pemanasan terlebih dahulu sebelum menghidupkan enjin.
Semasa persidangan, beberapa kaedah asli dicadangkan untuk meningkatkan tahap perlindungan anak kapal. Pertama sekali, mereka berkenaan dengan penciptaan elemen penahan beban dari reka bentuk yang sesuai, yang secara bebas melindungi kru dari sinaran reaktor. Para saintis yang kurang optimis mencadangkan agar tidak mempertaruhkan juruterbang, atau sekurang-kurangnya fungsi pembiakan mereka. Oleh itu, ada cadangan untuk memberikan tingkat perlindungan setinggi mungkin, dan untuk merekrut kru dari pilot tua. Akhirnya, muncul idea-idea mengenai melengkapkan pesawat atom yang menjanjikan dengan sistem alat kawalan jauh sehingga orang-orang dalam penerbangan tidak akan mempertaruhkan kesihatan mereka sama sekali. Semasa perbincangan mengenai pilihan terakhir, idea muncul untuk menempatkan kru di kapal terbang kecil, yang seharusnya ditarik di belakang pesawat bertenaga atom pada kabel yang cukup panjang.
Program ANP
Persidangan di MIT, setelah menjadi semacam sesi sumbang saran, memberi kesan positif pada program selanjutnya untuk pembuatan pesawat bertenaga atom. Pada pertengahan 1949, tentera AS melancarkan program baru bernama ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Kali ini, rancangan kerja merangkumi persiapan untuk mewujudkan pesawat penuh dengan loji tenaga nuklear di dalamnya. Oleh kerana keutamaan lain, senarai syarikat yang terlibat dalam program ini telah diubah. Oleh itu, Lockheed dan Convair disewa sebagai pembangun kerangka udara pesawat yang menjanjikan, dan General Electric dan Pratt & Whitney ditugaskan untuk meneruskan pekerjaan Fairchild pada mesin jet nuklear.
Pada peringkat awal program ANP, pelanggan lebih menumpukan pada enjin tertutup yang lebih selamat, tetapi General Electric melakukan "jangkauan" kepada pegawai tentera dan pemerintah. Pekerja General Electric mendesak kesederhanaan dan, sebagai akibatnya, murahnya mesin terbuka. Mereka berjaya meyakinkan mereka yang bertanggung jawab, dan sebagai hasilnya, arah pemanduan program ANP terbahagi kepada dua projek bebas: enjin "terbuka" yang dikembangkan oleh General Electric dan motor litar tertutup dari Pratt & Whitney. Tidak lama kemudian, General Electric dapat meneruskan projek mereka dan mencapai keutamaan khas untuknya dan, sebagai hasilnya, dana tambahan.
Semasa program ANP, yang lain ditambahkan pada pilihan enjin nuklear yang sudah ada. Kali ini diusulkan untuk membuat motor yang menyerupai pembangkit tenaga nuklear dalam strukturnya: reaktor memanaskan air, dan uap yang dihasilkan menggerakkan turbin. Yang terakhir mengalihkan kuasa kepada baling-baling. Sistem seperti ini, yang mempunyai kecekapan yang lebih rendah dibandingkan dengan yang lain, ternyata paling mudah dan paling mudah untuk pengeluaran yang paling cepat. Walaupun begitu, versi loji kuasa untuk pesawat berkuasa atom ini tidak menjadi yang utama. Selepas beberapa perbandingan, pelanggan dan kontraktor ANP memutuskan untuk terus mengembangkan enjin "terbuka" dan "tertutup", menjadikan turbin stim sebagai pengganti.
Sampel pertama
Pada tahun 1951-52, program ANP mendekati kemungkinan membina pesawat prototaip pertama. Pengebom Convair YB-60, yang sedang dikembangkan pada waktu itu, dijadikan dasar untuknya, yang merupakan pemodenan mendalam B-36 dengan mesin sayap dan turbojet yang disapu. Loji kuasa P-1 direka khas untuk YB-60. Ia didasarkan pada unit silinder dengan reaktor di dalamnya. Pemasangan nuklear memberikan tenaga terma sekitar 50 megawatt. Empat enjin turbojet GE XJ53 disambungkan ke reaktor melalui sistem paip. Selepas pemampat enjin, udara melewati paip melewati teras reaktor dan, pemanasan di atasnya, dikeluarkan melalui muncung. Pengiraan menunjukkan bahawa udara sahaja tidak akan mencukupi untuk menyejukkan reaktor, jadi tangki dan paip untuk larutan air boron dimasukkan ke dalam sistem. Semua sistem loji kuasa yang disambungkan ke reaktor dirancang untuk dipasang di ruang kargo belakang pengebom, sejauh mungkin dari jumlah yang dapat dihuni.
Prototaip YB-60
Perlu diperhatikan bahawa ia juga dirancang untuk meninggalkan enjin turbojet asli di pesawat YB-60. Faktanya ialah motor nuklear litar terbuka mencemarkan alam sekitar dan tidak ada yang membiarkan ini dilakukan di kawasan berdekatan lapangan terbang atau penempatan. Sebagai tambahan, loji tenaga nuklear, kerana ciri teknikal, mempunyai tindak balas pendikit yang buruk. Oleh itu, penggunaannya senang dan boleh diterima hanya untuk penerbangan panjang dengan kelajuan pelayaran.
Langkah pencegahan lain, tetapi dengan sifat yang berbeza, adalah penciptaan dua makmal terbang tambahan. Yang pertama, bernama NB-36H dan nama tepat Crusader ("Crusader"), bertujuan untuk memeriksa keselamatan kru. Pada siri B-36, pemasangan kokpit dua belas tan dipasang, dipasang dari plat keluli tebal, panel plumbum dan kaca 20-cm. Untuk perlindungan tambahan, terdapat tangki air dengan boron di belakang teksi. Di bahagian ekor Perang Salib, pada jarak yang sama dari kokpit seperti pada YB-60, reaktor ASTR eksperimen (Aircraft Shield Test Reactor) dengan kapasiti sekitar satu megawatt dipasang. Reaktor disejukkan dengan air, yang memindahkan haba inti ke penukar haba di permukaan luar fiuslaj. Reaktor ASTR tidak melakukan tugas praktikal dan hanya berfungsi sebagai sumber radiasi eksperimen.
NB-36H (X-6)
Penerbangan ujian dari makmal NB-36H tampak seperti ini: juruterbang mengangkat pesawat dengan reaktor yang lembap ke udara, terbang ke kawasan ujian di atas padang pasir terdekat, di mana semua eksperimen dilakukan. Pada akhir eksperimen, reaktor dimatikan, dan pesawat kembali ke pangkalan. Bersama dengan Tentara Salib, pengebom B-36 yang lain dengan alat dan pengangkutan dengan pasukan penerjun Marin berlepas dari lapangan terbang Carswell. Sekiranya berlaku kecelakaan pesawat prototaip, tentera laut harus mendarat di sebelah bangkai kapal, mengepung kawasan itu dan mengambil bahagian dalam menghilangkan akibat dari kemalangan itu. Nasib baik, semua 47 penerbangan dengan reaktor yang berfungsi dilakukan tanpa pendaratan paksa. Penerbangan uji coba menunjukkan bahawa pesawat bertenaga nuklear tidak menimbulkan ancaman serius terhadap lingkungan, tentu saja, dengan operasi yang tepat dan tidak ada insiden.
Makmal terbang kedua, yang ditunjuk X-6, juga akan ditukarkan dari pengebom B-36. Mereka akan memasang kokpit di pesawat ini, mirip dengan unit "Perang Salib", dan memasang loji tenaga nuklear di tengah badan pesawat. Yang terakhir ini dirancang berdasarkan unit P-1 dan dilengkapi dengan enjin GE XJ39 baru, yang dibuat berdasarkan turbojet J47. Setiap empat enjin mempunyai daya tuju 3100 kgf. Menariknya, loji tenaga nuklear adalah monoblock yang dirancang untuk dipasang di pesawat sebelum penerbangan. Setelah mendarat, ia dirancang untuk mendorong X-6 ke hangar yang dilengkapi khas, mengeluarkan reaktor dengan enjin dan meletakkannya di tempat penyimpanan khas. Pada peringkat kerja ini, unit pembersihan khas juga dibuat. Faktanya ialah setelah pemadaman pemampat enjin jet, reaktor berhenti disejukkan dengan kecekapan yang mencukupi, dan kaedah tambahan untuk memastikan penutupan reaktor yang selamat diperlukan.
Pemeriksaan sebelum penerbangan
Sebelum memulakan penerbangan pesawat dengan loji tenaga nuklear penuh, jurutera Amerika memutuskan untuk melakukan penyelidikan yang sesuai di makmal darat. Pada tahun 1955, pemasangan eksperimen HTRE-1 (Eksperimen Pemindahan Haba) dipasang. Unit lima puluh tan itu dipasang berdasarkan landasan kereta api. Oleh itu, sebelum memulakan eksperimen, ia dapat diambil dari orang lain. Unit HTRE-1 menggunakan reaktor uranium kompak terlindung menggunakan berilium dan merkuri. Juga, dua enjin JX39 diletakkan di platform. Mereka mula menggunakan minyak tanah, kemudian mesin mencapai kecepatan operasi, setelah itu, atas perintah dari panel kawalan, udara dari pemampat diarahkan ke kawasan kerja reaktor. Percubaan khas dengan HTRE-1 berlangsung selama beberapa jam, mensimulasikan penerbangan panjang pengebom. Pada pertengahan tahun 56, unit eksperimen mencapai kapasiti terma lebih dari 20 megawatt.
HTRE-1
Selanjutnya, unit HTRE-1 dirancang semula sesuai dengan projek yang dikemas kini, setelah itu dinamakan HTRE-2. Reaktor baru dan penyelesaian teknikal baru memberikan kuasa 14 MW. Walau bagaimanapun, versi kedua loji kuasa eksperimen terlalu besar untuk pemasangan di kapal terbang. Oleh itu, pada tahun 1957, reka bentuk sistem HTRE-3 bermula. Ia adalah sistem P-1 yang sangat moden, disesuaikan untuk bekerja dengan dua enjin turbojet. Sistem HTRE-3 yang padat dan ringan memberikan tenaga terma 35 megawatt. Pada musim bunga 1958, ujian kompleks ujian tanah versi ketiga dimulakan, yang mengesahkan sepenuhnya semua pengiraan dan, yang paling penting, prospek untuk loji kuasa tersebut.
Litar tertutup sukar
Sementara General Electric mengutamakan enjin litar terbuka, Pratt & Whitney tidak membuang waktu untuk mengembangkan versi sendiri dari loji tenaga nuklear tertutup. Di Pratt & Whitney, mereka segera mulai menyelidiki dua varian sistem tersebut. Yang pertama menyiratkan struktur dan operasi kemudahan yang paling jelas: penyejuk beredar di teras dan memindahkan haba ke bahagian enjin jet yang sepadan. Dalam kes kedua, diusulkan untuk menggiling bahan bakar nuklear dan memasukkannya langsung ke dalam pendingin. Dalam sistem seperti itu, bahan bakar akan beredar di seluruh rangkaian pendingin, namun pembelahan nuklear hanya akan terjadi di inti. Ia seharusnya dapat dicapai dengan bantuan bentuk isipadu utama reaktor dan saluran paip yang betul. Sebagai hasil penyelidikan, adalah mungkin untuk menentukan bentuk dan ukuran sistem saluran paip yang paling berkesan untuk mengedarkan pendingin dengan bahan bakar, yang memastikan pengoperasian reaktor yang efisien dan membantu memberikan tahap perlindungan yang baik dari radiasi.
Pada masa yang sama, sistem bahan bakar yang beredar terbukti terlalu kompleks. Perkembangan selanjutnya terutama mengikuti jalan elemen bahan bakar "pegun" yang dicuci oleh penyejuk logam. Seperti yang terakhir, pelbagai bahan dipertimbangkan, bagaimanapun, kesulitan dengan ketahanan kakisan saluran paip dan penyediaan peredaran logam cair tidak memungkinkan kita untuk menggunakan pendingin logam. Akibatnya, reaktor harus dirancang untuk menggunakan air yang sangat panas. Menurut perhitungan, air seharusnya mencapai suhu sekitar 810-820 ° di reaktor. Untuk mengekalkannya dalam keadaan cair, perlu dibuat tekanan sekitar 350 kg / cm2 dalam sistem. Sistem ini ternyata sangat kompleks, tetapi lebih mudah dan lebih sesuai daripada reaktor dengan penyejuk logam. Menjelang tahun 1960, Pratt & Whitney telah menyelesaikan kerja di loji tenaga nuklear mereka untuk pesawat. Persiapan dimulakan untuk menguji sistem siap, tetapi pada akhirnya ujian ini tidak berlaku.
Pengakhiran yang menyedihkan
Program NEPA dan ANP telah membantu mencipta puluhan teknologi baru, serta sejumlah pengetahuan yang menarik. Namun, tujuan utama mereka - penciptaan pesawat atom - bahkan pada tahun 1960 tidak dapat dicapai dalam beberapa tahun ke depan. Pada tahun 1961, J. Kennedy berkuasa, yang langsung tertarik dengan kemajuan teknologi nuklear untuk penerbangan. Oleh kerana itu tidak dipatuhi, dan biaya program mencapai nilai yang tidak senonoh, nasib ANP dan semua pesawat bertenaga atom ternyata menjadi persoalan besar. Lebih dari satu setengah dekad, lebih dari satu miliar dolar dibelanjakan untuk penyelidikan, reka bentuk, dan pembinaan berbagai unit uji. Pada masa yang sama, pembinaan pesawat siap dengan loji tenaga nuklear masih menjadi masalah masa depan. Sudah tentu, pengeluaran wang dan masa tambahan dapat menjadikan pesawat atom dapat digunakan secara praktikal. Walau bagaimanapun, pentadbiran Kennedy memutuskan secara berbeza. Kos program ANP terus meningkat, tetapi tidak ada hasilnya. Di samping itu, peluru berpandu balistik telah membuktikan sepenuhnya potensi tinggi mereka. Pada separuh pertama abad ke-61, presiden baru menandatangani dokumen yang menyatakan bahawa semua kerja pada pesawat berkuasa atom seharusnya dihentikan. Perlu diperhatikan bahwa tidak lama sebelumnya, pada tahun ke-60, Pentagon membuat keputusan kontroversial, yang mana semua pekerjaan pada pembangkit listrik jenis terbuka dihentikan, dan semua pendanaan dialokasikan untuk sistem "tertutup".
Walaupun terdapat beberapa kejayaan dalam bidang pembuatan loji tenaga nuklear untuk penerbangan, program ANP dianggap tidak berjaya. Untuk beberapa waktu, bersamaan dengan ANP, mesin nuklear untuk peluru berpandu yang dijanjikan dikembangkan. Walau bagaimanapun, projek-projek ini tidak memberikan hasil yang diharapkan. Seiring waktu, mereka juga ditutup, dan bekerja ke arah loji tenaga nuklear untuk pesawat dan peluru berpandu berhenti sepenuhnya. Dari masa ke masa, pelbagai syarikat swasta berusaha melakukan perkembangan tersebut atas inisiatif mereka sendiri, tetapi tidak ada projek yang mendapat sokongan kerajaan. Kepimpinan Amerika, setelah kehilangan kepercayaan terhadap prospek pesawat bertenaga atom, mulai mengembangkan pembangkit tenaga nuklear untuk armada dan loji tenaga nuklear.
