Experiența acumulată în anii 50-70 ai secolului XX va fi utilă încă în secolul XXI
Poate părea ciudat faptul că energia nucleară, care este ferm înrădăcinată în pământ, în hidrosferă și chiar în spațiu, nu a prins rădăcini în aer. Acesta este cazul când considerațiile de siguranță aparente (deși nu numai ele) au depășit avantajele tehnice și operaționale evidente ale introducerii centralelor nucleare (NPS) în aviație.
Între timp, probabilitatea unor consecințe grave ale incidentelor cu astfel de aeronave, cu condiția ca acestea să fie perfecte, cu greu poate fi considerată mai mare în comparație cu sistemele spațiale care utilizează centrale nucleare (NPP). Și, din motive de obiectivitate, merită reamintit: accidentul satelitului sovietic de pământ artificial Kosmos-954 de tip SUA-A, care a avut loc în 1978 odată cu căderea fragmentelor sale pe teritoriul Canadei, care a avut loc în 1978, nu a dus la reducerea sistemului de recunoaștere a spațiului maritim și de desemnare a țintei (MKRTs) „Legend”, al cărui element a fost dispozitivele US-A (17F16-K).
Pe de altă parte, condițiile de funcționare ale unei centrale nucleare de aviație concepute pentru a crea împingere prin generarea căldurii într-un reactor nuclear furnizat aerului într-un motor cu turbină cu gaz sunt complet diferite de cele ale centralelor nucleare prin satelit, care sunt generatoare termoelectrice. Astăzi, au fost propuse două diagrame schematice ale unui sistem de control nuclear al aviației - unul deschis și unul închis. Schema de tip deschis prevede încălzirea aerului comprimat de către compresor direct în canalele reactorului cu ieșirea sa ulterioară prin duza cu jet, iar tipul închis asigură încălzirea aerului folosind un schimbător de căldură, într-o buclă închisă din care lichidul de răcire circulă. Circuitul închis poate fi unul sau două circuite și, din punctul de vedere al asigurării siguranței operaționale, a doua opțiune pare cea mai preferabilă, deoarece blocul reactorului cu primul circuit poate fi plasat într-o carcasă de protecție antisoc, etanșeitatea dintre care previne consecințe catastrofale în caz de accidente de aeronave.
În sistemele nucleare de aviație de tip închis, pot fi utilizate reactoare cu apă sub presiune și reactoare cu neutroni rapide. Când se implementează o schemă cu două circuite cu un reactor „rapid” în primul circuit al NPS, ambele metale alcaline lichide (sodiu, litiu) și un gaz inert (heliu) ar fi utilizate ca agent de răcire, iar în al doilea, alcaline metale (sodiu lichid, sodiu eutectic topit etc.) potasiu).
ÎN AER - REACTOR
Ideea utilizării energiei nucleare în aviație a fost prezentată în 1942 de unul dintre liderii Proiectului Manhattan, Enrico Fermi. A devenit interesată de comanda Forțelor Aeriene ale SUA, iar în 1946 americanii s-au angajat în proiectul NEPA (Energie Nucleară pentru Propulsia Avioanelor), conceput pentru a determina posibilitățile de a crea un bombardier cu rază nelimitată și avioane de recunoaștere.
În primul rând, a fost necesar să se efectueze cercetări legate de protecția antiradiație a echipajului și a personalului de la sol și să se facă o evaluare probabilistic-situațională a posibilelor accidente. Pentru a accelera lucrările, proiectul NEPA din 1951 a fost extins de către Forțele Aeriene ale SUA la programul țintă ANP (Propulsie nucleară a aeronavelor). În cadrul său, compania General Electric a dezvoltat un circuit deschis, iar compania Pratt-Whitney a dezvoltat un circuit închis YSU.
Pentru testarea viitorului reactor nuclear de aviație (exclusiv în modul lansărilor fizice) și a protecției biologice, bombardierul strategic serial B-36H Peacemaker al companiei Convair a fost conceput cu șase pistoane și patru turbomotoare. Nu era o aeronavă nucleară, ci era doar un laborator zburător, unde reactorul urma să fie testat, dar era desemnat NB-36H - Nuclear Bomber („Atomic bombardier”). Cabina de pilotaj a fost transformată într-o capsulă de plumb și cauciuc cu un scut suplimentar de oțel și plumb. Pentru a proteja împotriva radiațiilor neutronice, panouri speciale umplute cu apă au fost introduse în fuselaj.
Prototipul reactorului de aeronavă ARE (Aircraft Reactor Experiment), creat în 1954 de Oak Ridge National Laboratory, a devenit primul reactor nuclear omogen din lume cu o capacitate de 2,5 MW pe combustibil dintr-o sare topită - fluorură de sodiu și zirconiu și tetrafluoruri de uraniu.
Avantajul acestui tip de reactoare constă în imposibilitatea fundamentală a unui accident cu distrugerea miezului, iar amestecul de sare de combustibil în sine, în cazul unui NSU de aviație de tip închis, ar acționa ca un agent de răcire primar. Când o sare topită este utilizată ca agent de răcire, cu atât este mai mare, în comparație, de exemplu, cu sodiu lichid, capacitatea termică a sării topite permite utilizarea pompelor de circulație de dimensiuni reduse și beneficiază de o scădere a consumului de metal al proiectarea centralei reactorului în ansamblu și conductivitatea termică scăzută ar fi trebuit să asigure stabilitatea motorului aeronavei nucleare împotriva săriturilor bruște de temperatură din primul circuit.
Pe baza reactorului ARE, americanii au dezvoltat un experiment experimental YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment). Fără alte întrebări, General Dynamics a proiectat motorul nuclear al aeronavei X-39 pe baza turboreactorului J47 serial pentru bombardierele strategice B-36 și B-47 „Stratojet” - în locul unei camere de combustie, miezul reactorului a fost plasat în el.
Convair intenționa să furnizeze X-39 X-6 - probabil prototipul său ar fi bombardierul strategic supersonic B-58 Hustler, care și-a făcut primul zbor în 1956. În plus, a fost luată în considerare și versiunea atomică a unui bombardier subsonic experimentat al aceleiași companii YB-60. Cu toate acestea, americanii au abandonat sistemul de control nuclear al aviației în circuit deschis, considerând că eroziunea pereților canalelor de aer ale nucleului reactorului X-39 va duce la faptul că aeronava va lăsa în urmă o pistă radioactivă, poluând mediul înconjurător..
Speranța succesului a fost promisă de centrala nucleară de tip închis, mai sigură de radiații, a companiei Pratt-Whitney, la crearea căreia a fost implicată și General Dynamics. Pentru aceste motoare, compania „Convair” a început construcția avioanelor experimentale NX-2. S-au elaborat atât versiunile cu turboreactor cât și cu turbopropulsoare ale bombardierelor nucleare cu centrale nucleare de acest tip.
Cu toate acestea, adoptarea în 1959 a rachetelor balistice intercontinentale Atlas, capabile să lovească ținte în URSS din Statele Unite continentale, a neutralizat programul ANP, mai ales că eșantioanele de producție de aeronave atomice ar fi apărut cu greu înainte de 1970. Drept urmare, în martie 1961, toate lucrările din această zonă din Statele Unite au fost oprite prin decizia personală a președintelui John F. Kennedy și nu s-a construit niciodată un adevărat avion atomic.
Eșantionul de zbor al reactorului de aeronave ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), situat în compartimentul de bombă al laboratorului de zbor NB-36H, a fost un reactor de neutroni rapid de 1 MW care nu a fost conectat la motoare și a funcționat pe dioxid de uraniu și a fost răcit de un flux de aer preluat prin prize speciale de aer. Din septembrie 1955 până în martie 1957, NB-36H a efectuat 47 de zboruri cu ASTR peste zone nelocuite din statele New Mexico și Texas, după care mașina nu a fost ridicată niciodată în cer.
Trebuie remarcat faptul că Forțele Aeriene ale SUA s-au ocupat și de problema unui motor nuclear pentru rachetele de croazieră sau, așa cum se obișnuia să se spună până în anii 1960, pentru avioanele cu proiectile. Ca parte a proiectului Pluto, Laboratorul Livermore a creat două eșantioane ale motorului ramjet nuclear Tory, care urma să fie instalat pe racheta de croazieră supersonică SLAM. Principiul „încălzirii atomice” a aerului prin trecerea prin miezul reactorului era aici la fel ca la motoarele cu turbină cu gaz nuclear de tip deschis, cu o singură diferență: motorului ramjet îi lipsește un compresor și o turbină. Toriile, testate cu succes pe teren în 1961-1964, sunt primele și până în prezent singurele centrale nucleare aviatice (mai precis, cu rachete și aviație) care operează cu adevărat. Dar acest proiect a fost, de asemenea, închis ca lipsit de speranță pe fondul succeselor în crearea de rachete balistice.
Prinde-te și depășește
Desigur, ideea utilizării energiei nucleare în aviație, independent de americani, s-a dezvoltat și în URSS. De fapt, în Occident, nu fără motiv, au bănuit că o astfel de muncă se desfășoară în Uniunea Sovietică, dar odată cu prima dezvăluire a faptului despre ei, au intrat într-o mizerie. La 1 decembrie 1958, Săptămâna Aviației a raportat: URSS creează un bombardier strategic cu motoare nucleare, care a provocat o emoție considerabilă în America și chiar a ajutat la menținerea interesului pentru programul ANP, care începuse deja să dispară. Cu toate acestea, în desenele care însoțesc articolul, artistul editorial a descris destul de exact aeronava M-50 a biroului de proiectare experimentală VM Myasishchev, care de fapt era în curs de dezvoltare la acea vreme, cu un aspect complet „futurist”, care avea motoare convenționale cu turboreactor.. Apropo, nu se știe dacă această publicație a fost urmată de o „confruntare” în KGB din URSS: lucrările la M-50 s-au desfășurat într-o atmosferă cu secretul cel mai strict, bombardierul a făcut primul zbor mai târziu de mențiunea din presa occidentală, în octombrie 1959, și mașina a fost prezentată publicului larg abia în iulie 1961 la parada aeriană din Tushino.
În ceea ce privește presa sovietică, pentru prima dată despre planul atomic a fost spus în termeni cei mai generali de revista „Tehnici - Tineret” din nr. 8 pentru 1955: „Energia atomică este din ce în ce mai utilizată în industrie, energie, agricultură și medicament. Dar nu este departe timpul când va fi folosit în aviație. Din aerodromuri, mașini uriașe se vor ridica cu ușurință în aer. Avioanele nucleare vor putea zbura aproape atâta timp cât doriți, fără a vă scufunda pe pământ luni de zile, făcând zeci de zboruri non-stop în jurul lumii cu viteză supersonică . Revista, făcând aluzie la scopul militar al vehiculului (aeronavele civile nu trebuie să fie pe cer „atâta timp cât doriți”), a prezentat totuși o schemă ipotetică a unui avion de transport marfă-pasageri cu o centrală nucleară de tip deschis.
Cu toate acestea, colectivul Myasishchevsky, și nu singur, s-a ocupat într-adevăr de avioane cu centrale nucleare. Deși fizicienii sovietici au studiat posibilitatea creării lor de la sfârșitul anilor 40, lucrările practice în această direcție în Uniunea Sovietică au început mult mai târziu decât în SUA, iar începutul a fost stabilit prin decretul Consiliului de Miniștri al URSS nr. 1561-868 din 12 august 1955. Potrivit acestuia, OKB-23 V. M. Myasishchev și OKB-156 A. N. Tupolev, precum și motorul de aeronave OKB-165 A. M. Lyulka și OKB-276 N. D. Kuznetsov au fost însărcinate cu dezvoltarea bombardierelor strategice atomice.
Reactorul nuclear al aeronavei a fost proiectat sub supravegherea academicianilor I. V. Kurchatov și A. P. Aleksandrov. Scopul a fost același cu cel al americanilor: să obțină o mașină care, după ce a decolat de pe teritoriul țării, ar putea să atingă ținte oriunde în lume (în primul rând, desigur, în SUA).
O caracteristică a programului de aviație atomică sovietic a fost că a continuat chiar și atunci când subiectul era deja uitat în Statele Unite.
În timpul creării sistemului de control nuclear, diagramele circuitelor deschise și închise au fost analizate cu atenție. Deci, în cadrul schemei de tip deschis, care a primit codul „B”, Lyulka Design Bureau a dezvoltat două tipuri de motoare atomoturbojete - axiale, cu trecerea arborelui turbocompresorului printr-un reactor inelar și „brațele basculante” - cu un arbore în afara reactorului, situat într-un traseu curbat de curgere. La rândul său, Biroul de proiectare Kuznetsov a lucrat la motoare conform schemei închise „A”.
Biroul de proiectare Myasishchev a început imediat să rezolve cea mai aparentă sarcină, aparent, dificilă - de a proiecta bombardiere grele cu viteză super-mare. Chiar și astăzi, uitându-ne la diagramele viitoarelor mașini realizate la sfârșitul anilor 50, se pot vedea cu siguranță trăsăturile esteticii tehnice a secolului 21! Acestea sunt proiectele avioanelor „60”, „60M” (hidroavion nuclear), „62” pentru motoarele Lyulkovsk din schema „B”, precum și „30” - deja sub motoarele lui Kuznetsov. Caracteristicile așteptate ale bombardierului „30” sunt impresionante: viteza maximă - 3600 km / h, viteza de croazieră - 3000 km / h.
Cu toate acestea, problema nu a ajuns la proiectarea detaliată a aeronavei nucleare Myasishchev din cauza lichidării OKB-23 în calitate independentă și a introducerii sale în racheta și spațiul OKB-52 al V. N. Chelomey.
La prima etapă de participare la program, echipa Tupolev urma să creeze un laborator de zbor similar cu scopul americanului NB-36H, cu un reactor la bord. Primit denumirea Tu-95LAL, a fost construit pe baza bombardierului strategic cu turbohélice seriale Tu-95M. Reactorul nostru, ca și cel american, nu a fost împerecheat cu motoarele avionului de transport. Diferența fundamentală dintre reactorul aerian sovietic și cel american a fost că a fost răcit cu apă, cu o putere mult mai mică (100 kW).
Reactorul menajer a fost răcit de apa circuitului primar, care la rândul său a dat căldură apei circuitului secundar, care a fost răcită de fluxul de aer care curgea prin admisia de aer. Așa a fost elaborată diagrama schematică a motorului turbopropulsor atomic NK-14A Kuznetsov.
Laboratorul nuclear zburător Tu-95LAL din 1961-1962 a ridicat reactorul în aer de 36 de ori atât în starea de funcționare, cât și în starea „rece” pentru a studia eficacitatea sistemului de protecție biologică și efectul radiațiilor asupra sistemelor aeronavei.. Conform rezultatelor testelor, președintele Comitetului de Stat pentru Tehnologia Aviației P. V. Dementyev a menționat însă în nota sa către conducerea țării în februarie 1962: cu YSU a fost dezvoltat în OKB-301 SA Lavochkin. - K. Ch.), întrucât munca de cercetare efectuată este insuficientă pentru dezvoltarea prototipurilor de echipament militar, această lucrare trebuie continuată."
În dezvoltarea rezervei de proiectare a OKB-156, Biroul de proiectare Tupolev a dezvoltat pe baza bombardierului Tu-95 un proiect al unui avion experimental Tu-119 cu motoare cu turbopropulsor atomic NK-14A. De când sarcina de a crea un bombardier cu rază de acțiune ultra-lungă cu apariția în URSS a rachetelor balistice intercontinentale și a rachetelor balistice bazate pe mare (pe submarine) și-a pierdut relevanța critică, Tupolevii au considerat Tu-119 ca un model de tranziție pe calea către crearea unei aeronave nucleare antisubmarin pe baza avionului de pasageri cu rază lungă de acțiune Tu-114, care a „crescut” și de la Tu-95. Acest obiectiv a fost destul de consistent cu preocuparea conducerii sovietice cu privire la desfășurarea de către americani în anii 1960 a unui sistem de rachete nucleare submarine cu ICBM-uri Polaris și apoi cu Poseidon.
Cu toate acestea, proiectul unei astfel de aeronave nu a fost implementat. A rămas în stadiul de proiectare și a planurilor pentru crearea unei familii de bombardiere supersonice Tupolev cu YSU sub numele de cod Tu-120, care, la fel ca vânătorul de aer atomic pentru submarine, a fost planificat să fie testat în anii 70 …
Cu toate acestea, Kremlinului i-a plăcut ideea de a oferi aviației navale un avion antisubmarin cu o rază de zbor nelimitată pentru a combate submarinele nucleare NATO din orice regiune a oceanelor. Mai mult, această mașină trebuia să poarte cât mai multe muniții cu arme antisubmarin - rachete, torpile, încărcături de adâncime (inclusiv nucleare) și geamanduri sonare. De aceea, alegerea a căzut pe un avion militar greu de transport An-22 „Antey”, cu o capacitate de încărcare de 60 de tone - cel mai mare avion cu turbopropulsie din lume. Viitoarea aeronavă An-22PLO a fost planificată să fie echipată cu patru motoare cu turbopropulsor atomic NK-14A în locul standardului NK-12MA.
Programul pentru crearea unei astfel de nevăzute în orice altă flotă a unei mașini cu aripi a primit numele de cod „Aist”, iar reactorul pentru NK-14A a fost dezvoltat sub conducerea academicianului A. P. Aleksandrov. În 1972, testele reactorului au început la bordul laboratorului de zbor An-22 (un total de 23 de zboruri) și s-a ajuns la o concluzie cu privire la siguranța acestuia în funcționare normală. Și în cazul unui accident grav, s-a avut în vedere separarea unității reactorului și a circuitului primar de aeronava în cădere, cu o aterizare ușoară cu parașuta.
În general, reactorul de aviație „Aist” a devenit cea mai perfectă realizare a științei și tehnologiei nucleare în domeniul său de aplicare.
Având în vedere că, pe baza aeronavei An-22, a fost planificată și crearea unui sistem de rachete strategice intercontinentale An-22R cu rachetă balistică submarină R-27, este clar ce potențial puternic ar putea primi un astfel de transportator dacă ar fi fost transferat la „forța atomică” »Cu motoarele NK-14A! Și, deși lucrurile nu au venit la implementarea atât a proiectului An-22PLO, cât și a proiectului An-22R, trebuie afirmat că țara noastră a depășit totuși Statele Unite în domeniul creării unei centrale nucleare pentru aviație.
Nu există nicio îndoială că această experiență, în ciuda exotismului său, poate fi încă utilă, dar la un nivel de implementare mai ridicat.
Dezvoltarea sistemelor de avioane de recunoaștere și de atac cu rază ultra-lungă fără pilot ar putea urma calea utilizării sistemelor nucleare pe ele - astfel de ipoteze sunt deja făcute în străinătate.
Oamenii de știință au mai prezis că până la sfârșitul acestui secol, este probabil ca milioane de pasageri să fie transportați de avioane de pasageri cu propulsie nucleară. Pe lângă beneficiile economice evidente asociate înlocuirii kerosenului de aviație cu combustibil nuclear, vorbim despre o scădere bruscă a contribuției aviației, care, odată cu trecerea la sistemele de energie nucleară, va înceta să „îmbogățească” atmosfera cu dioxid de carbon, la efectul de seră global.
În opinia autorului, sistemele nucleare de aviație s-ar încadra perfect în complexele comerciale de aviație-transport din viitor bazate pe avioane de marfă super-grele: de exemplu, același „feribot aerian” gigantic M-90 cu o capacitate de transport de 400 de tone, propusă de proiectanții uzinei experimentale de construcție a mașinilor numită după VM Myasishchev.
Desigur, există probleme în ceea ce privește schimbarea opiniei publice în favoarea aviației civile nucleare. Problemele grave legate de asigurarea securității sale nucleare și antiteroriste vor trebui, de asemenea, rezolvate (apropo, experții menționează soluția internă cu „tragerea” cu parașuta a reactorului în caz de urgență). Dar drumul, bătut în urmă cu mai bine de o jumătate de secol, va fi stăpânit de mers.
