Сияющие небеса… или как америка перестала беспокоиться по поводу атомной энергетики и полюбила boeing b-52

Специалист в области силовых установок Джейкоб Уитфилд (Jakob Whitfield) говорит историю американских проблемных послевоенных попыток применения ядерной энергии в авиационных силовых установках и об опробованиях неповторимого бомбардировщика с ядерным реактором Convair B-36.

В 1945 году сразу же по окончании того как радиоактивный гриб рассеялся над Хиросимой, инженеры и учёные начали изыскивать новые пути вероятного применения ядерной энергии. Ядерное горючее содержало в себе столько энергии, что казалось совершенным источником питания для самолета. Вероятно ли выстроить бомбардировщик, что будет в состоянии пребывать в боевом патрулировании дни, семь дней, месяцы и что все это время будет для соперников сдерживающим причиной?

В мае 1946 года ВВС Армии США (United States Army Air Forces — USAAF) инициировали проект применения ядерной энергии в качестве горючего авиацинных силовых установок (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft — NEPA). Были совершены первичные изучения, на протяжении которых было выяснено, что существуют три главных препятствия для пилотируемого ядерного самолета:

? нужно разработки материалов, талантливых выдерживать интенсивное излучение реактора;
? противорадиационная защита, которая потребуется для обеспечения безопасности экипажа, может оказаться через чур тяжелой для практической осуществимости конструкции самолета;
? в повседневной эксплуатации и при аварий цена ущерба населению может оказаться неприемлимо высокой.

Организованная во второй половине 40-ых годов двадцатого века Рабочая группа по ядерной энергии (Atomic Energy Commission — AEC) во второй половине 40-ых годов XX века совершила подобное изучение. В собственном докладе AEC пришла к тем же выводам, что и доклад проекта NEPA: полеты самолетов с ядерной силовой установкой вероятны, но это будет технически сложно, а сама разработка потребует большое количество времени и средств — по предварительным оценкам временные и денежные затраты составили бы 15 лет и более одного миллиарда долларов.

Однако, в докладе AEC ядерные силовые установки самолетов рассматривались как более технически реализуемые, нежели ядерные ПВРД либо ядерные ракетно-космические двигатели. Воодушевленная этими рекомендациями AEC создала собственную программу.

Самолет с ядерной силовой установкой

В первой половине 50-ых годов двадцатого века ВВС Соеденненых Штатов (во второй половине 40-ых годов двадцатого века ВВС Армии США стали отдельным видом армий) и AEC решили отменить собственные проекты и начать совместную программу называющиеся «Самолет с ядерной энергетической установкой» (Aircraft Nuclear Propulsion — ANP). Ее задачами были разработка материалов для ядерного реактора, защиты реактора, конструкции и силовых установок воздушного судна до того момента, в то время, когда самолет с ядерной силовой установкой возможно выстроен. Как в то время заявил один шутник:

«он будет приземляться раз в пара лет только для замены экипажа!»

В следующем году было решено, что эта программа будет расширена за счет включения летных опробований самолета. Договора были выданы компаниям General Electric (GE), которая должна была изучить принцип работы ядерных реактивных двигателей с прямым воздушным циклом (direct-air cycle), и Pratt Whitney, задачей которой были изучения принципа работы ядерных реактивных двигателей с конструктивно более сложным косвенным воздушным циклом (indirect-air cycle).

Кроме этого были выданы договора компаниям Convair и Lockheed, задачей которых стала разработка планера будущего самолета. Компания Convair собиралась модифицировать два собственных массивных межконтинентальных бомбардировщика B-36 в самолеты с ядерной силовой установкой X-6. Второй B-36H должен был быть модифицирован в вариант NB-36H Crusader: самолет с простой силовой установкой, но способный нести в бомбовом отсеке ядерный реактор мощностью 1 МВт.

Данный реактор, названный «летный реактор для опробований биологической защиты» (Aircraft Shield Test Reactor — ASTR) был рекомендован для тестерования радиационной безопасности и экранирования.

Из множества задач, находившихся перед инженерами, самыми сложными были его защиты и проектирование реактора. Простые «медленные» реакторы проектировались довольно легко, но в их конструкцию были включены громоздкие материалы для «замедления» и сдерживания нейтронов с целью создания устойчивой цепной реакции.

Все это означало, что защита реактора должна была весить около 200 тысячь киллограм — через чур много для возможности делать полеты. «Стремительные» реакторы применяли скоростные нейтроны и весили намного меньше — приблизительно 50 тысячь киллограм. Но температура в них была высокой и достигала 1000°C. Температура была такой высокой, что были нужны новые материалы, в противном случае реактор легко бы расплавился.

В этом отношении косвенный воздушный цикл имел преимущество в виде более действенной теплопередачи, разрешавшей применить менее замечательный реактор, не смотря на то, что дополнительный вес трубопроводов и теплообменника для охлаждающей жидкости пара нивелировал выигрыш в массе.

Учитывая весовые ограничения, налагаемые на реактор, не было никаких возможностей разместить реактор в защитной оболочке и не допустить ее разгерметизацию при аварии. В ВВС Соеденненых Штатов при шли к выводу, что радиоактивные осадки смогут носить довольно локальный темперамент и что радиоактивность будет сконцентрирована в самом реакторе и в топливных стержнях, каковые могут быть снаружи.

Наряду с этим из виду упускалась возможность «свертывание”, эффект которого был найден в 1950 году. Потому, что реактор был весьма тяжелым, то на протяжении аварии он наверняка отделился бы от конструкции самолета и покатился бы по поверхности. В этом случае тяжелая экранировка имела возможность сжать ядро до критического состояния, приведя в лучшем случае к расплавлению ядерных топливных элементов реактора, а в нехорошем к ядерному взрыву малой мощности.

Изготовление защиты

Экранировака, установленная на самолете NB-36H, относилась к разделенно-теневому типу (divided-shadow type). Вместо размещения экранирования около всего реактора, она была поделена между отсеком экипажа и реактором. Реактор был размещен в задней части фюзеляжа, в то время как в носу самолета был отсек экипажа, защищенный одиннадцатитонным свинцовым экраном.

Где это было быть может, оборудование (талантливое выдерживать более большой уровень радиации, нежели экипаж) было размещено за пределами экранировки, уменьшая, тем самым, его вес и размеры и частично беря на себя функции защиты.

Главная часть экранирования размещалась между реактором и отсеком экипажа. Не смотря на то, что экипаж пребывал в тени излучения активной территории реактора, действие от воздуха и конструкции самолёта означали, что обитаемому отсеку так же, как и прежде была нужна некая защита. Выбор размещения обитаемой территории был сделан исходя из компромисса между требованиями к весу и защите.

Перенос размещения подальше от реактора и тем самым снизить требования к его защите и в один момент увеличивал вес конструкции и с определенного момента уже не было ничего хорошего от предстоящего перемещения вперед.

На протяжении работ одним из обсуждавшихся вопросов были надёжные уровни радиации, потому, что одним из самых несложных способов повышения значений черт было уменьшение уровня защиты. Были сделаны кое-какие необычные заявления о увеличении допустимой дозы облучения и выборе участников экипажей из отцов семейств и из не желающих иметь много детей.

Кроме этого предлагалось проводить солидную часть подготовки на тренажерах, а время полета сократить двумя часами и одним боевым вылетом! Учитывая, что одним из преимуществ самолетов с ядерной силовой установкой должна была стать громадная длительность полета — с соответствующим долгим радиационным действием — приводит к удивлению, как мало внимание было уделено этому вопросу.

Иначе экспериментальная проверка допустимой дозы облучения по этическим соображениям не могла быть выполнена на людях. В ВВС Соеденненых Штатов для опробований вторых антропогенных факторов выстроили симулятор отсека экипажа, в котором должны были быть оценены физические и психотерапевтические нюансы пятидневной миссии, а также количество потребляемых калорий (в оценке употреблялось чисто американское меню с этими блюдами как курица с соусом и персиковый пирог) и количество выполненных опорожнений кишечника.

В первой половине 50-ых годов XX века новая администрация Эйзенхауэра желали уменьшить армейский бюджет США, и ANP стала ее начальной целью. Глава МинОбороны Чарльз Э. Уилсон (Charles E. Wilson), что под давлением бюджетных сокращений был должен закрыть проект, не покинул комментаторам никаких сомнений относительно того, что он наряду с этим ощущал, охарактеризовав NB-36H как

«цаплю (shitepoke) … громадную птицу, которая летает над болотами, не имея ни сильного тела, ни скорости».

«но это может полететь»,

— улыбнувшись, сообщил он.

Планируемый X-6 ни в коей мере не был действенным боевым самолетом, и работы по ниму были отменены. Работы по NB-36H продвинулись достаточно на большом растоянии и самолет с 1955 по 1957 год выполнил 47 испытательных полетов, по окончании чего он, в итоге, был послан на разделку. Любой полет NB-36H проходил в сопровождении Boeing B-50 и Douglas C-47 с десантниками и оснащенными парашютами медиками.

При аварии они должны были десантироваться, обезопасить место крушения и по возможности оказать помощь. Знание этого, возможно, было не сильный утешением экипажу NB-36H, в то время, когда они летели совместно и всматривались в них через толстые — футом толщиной — илюминаторы.

Белый слон?

Не обращая внимания на отмену, проект ANP длился, но финансирование со стороны ВВС Соеденненых Штатов было очень скромным. Работы, в каковые AEC кроме этого внесла собственный вклад, были сосредоточены на разработке реактора и двигателя. В первой половине 50-ых годов XX века ВВС Соеденненых Штатов опять постарались взять бомбардировщик, выпустив спецификацию на дозвуковой самолет со возможностью сверхзвукового «броска”.

Во второй половине 50-ых годов двадцатого века программа была отменена.

К этому времени компания GE занималась умелым ядерным реактором для изучения неприятностей теплообмена и критических тепловых потоков №1 (Heat Transfer Reactor Experiment No 1 — HTRE-1). HTRE-1 складывался из реактора с воздушным охлаждением, защиты, двух двигателей X-39 (представляли собой развитие проверенноых реактивных двигателей GE J47) и связанных с ними воздуховодов, измерительной аппаратуры и элементов управления.

Активная территория реактора была создана так, дабы была возможность замены на созданную позднее более высокопроизводительную версию. Экранировка HTRE-1 была через чур тяжелой для полетов, но во второй половине 50-ых годов XX века были испытаны более легкие и владевшие более высокими чертями HTRE-2 и 32-мегаваттный HTRE-3. Последний был достаточно легким и производил хватает тяги для приведения самолета в перемещение (в теории самолет имел возможность пролететь 30000 миль [48280 км] на скорости 460 миль/ч [740 км/ч]).

Не смотря на то, что дальность была впечатляющей, скорость не вызывала восторженных чувств; кроме этого неприятностей создавал выход радиации из конструкции с прямым воздушным циклом. Так во второй половине 50-ых годов двадцатого века на протяжении мгновенной перегрузки реактора HTRE-3 посследний выпустил столько радиоактивных материалов, достаточных для заражения 1500 акров (6 км?).

Правительство США, возможно, отменило бы программу ANP, но в октябре 1957 года СССР запустил в космос первый исскуственный спутник Почвы. Потому, что Сенат и Конгресс хватался за соломинку в виде самолетов с ядерной силовой установкой, как единственных талантливых вести с русскими холодную войну. Было решено запустить проект «Fly Early», задачей которого создание самолета с ядерной силовой установкой всего за три года.

Но во второй половине 50-ых годов двадцатого века концепция «Fly Early» не имела развития, потому, что ВВС Соеденненых Штатов был предложен более нужный в армейском замысле самолет — совокупность оружия CAMAL (Continuously Airborne Missile-Launcher And Low-level). Мысль заключалась в том, что самолет с ядерной силовой установкой имел возможность в течение долгого времени охранять рядом с воздушным пространством соперника.

При нападения самолет должен был запускать ракеты, пребывав вне территории досягаемости средств ПВО соперника, а после этого на бреющем полете делать атаки на прекрасно защищённые цели. Но с возникновением совокупностей дозаправки в воздухе поступивший сравнительно не так давно на вооружение бомбардировщик с силовой установкой простого типа Boeing B-52 Stratofortress был талантливым поразить любую цель на территории СССР.

На средства, затраченные на программу ANR, пентагон имел возможность закупить около 1200 бомбардировщиков B-52. Одновременно с этим американские межконтинентальные ракеты первого поколения, наконец, преодолели собственные детские заболевания и начинали поступать на вооружение.

Глава управления НИОКР д-р Герберт Йорк (Dr Herbert York) отменил программу CAMAL, настаивая, что программа ANR обязана сосредоточиться на фундаментальных изучениях, каковые так же, как и прежде нужны, в особенности в области материалов для ядерного реактора. Согласно его точке зрения, предлагаемые проекты будут отвлекать средства от столь нужных фундаментальных изучений и неизбежно закончатся провалом.

Эта недоброжелательность к 1958 году приобрела хорошую помощь объединенного комитета конгресса по ядерной энергетике, у которой уже было мало терпения. Как заявили в объединенном комитете:

«Мы нашли практически немыслимую обстановку. Программа [так в оригинале] до сих пор не имеет жёсткого комплекта целей. Не принято ни одного решения по поводу фактического ядерного полета и нет контрольных сроков довольно этого полета».

Окончательный провал

По окончании прошедших в ноябре выборов президента Эйзенхауэр решил передать ответ будущего программы приступающей к работе демократической администрации. Его разочарование в связи с длящейся помощью военных и конгресса этого белого слона содействовали его последнему президентскому выступлению, прошедшему в январе 1961 года и названному «военно-промышленный комплекс”.

26 марта 1961 года президент Джон Ф. Кеннеди, наконец, махнул рукой на ANP, которая так и не приблизилась к созданию работоспособного самолета. В окончательном отчете по проекту было сообщено, что на пути к созданию самолета с ядерной силовой установкой оставались три препятствия: это были материалы для ядерного реактора, экранирование реактора и меры и экипажа обеспечения публичной безопасности — все то, о чем говорилось во второй половине 40-ых годов двадцатого века.

В случае если посмотреть назад назад, то удивление приводит к факту длительности существовавния данной программы. Она была разорительно дорогой и ни при каких обстоятельствах кроме того близко не была к иготовлению самолета с целью проведения опробований. Остается открытым вопрос: вероятно ли было когда-нибуть создать работоспособный самолет. В первой половине 50-ых годов XX века начальник проекта заявил

«пилотируемый ядерной самолет является самую непростую инженерную задачу этого столетия».

Неприятности его создания так и не были решены. Во многих случаях лишь лоббирование со стороны промышленных, политических сторонников и военных выручало программу.

Неизменно реагируя на последние идеи либо «красную угрозу», старт-стопный темперамент программы ANP означало, что фундаментальных изучений было выполнено мало, не смотря на то, что в конечном итоге программа имела успех в создании высокотемпературных материалов для ядерных реакторов. В следствии программа, на которую было израсходовано 15 лет работ и $1 млрд., имела на удивление мало важных результатов. Кроме того самые пылкие приверженцы были вынуждены признать недочёты проекта. Конгрессмен от Иллинойса Мел Прайс (Mel Price) — ярый и откровенным приверженцем концепции самолета с ядерной силовой установкой — по окончании закрытия программы был должен был признать собственный разочарование в ANP:

«Документы [ANP] наполнены рассказами о разделении полномочий, колебаний финансирования, удержание фондов, техническими пересмотрами, трансформацией целей, передачей персонала — и данный перечень возможно продолжать — это история убийства хорошего проекта головотяпством и нерешительностью».

тяжелый бомбардировщик Convair NB-36H 51-5712 был переделан в ядерный испытательный самолет (Nuclear Test Aircraft — NTA). Собственный первый полет в новом качестве автомобили выполнила 20 июля 1955 года, встав в небо с авиабазы Карлвелл (Carswell), штат Техас, под управлением летчика-испытателя Берила Эриксона (Beryl Erickson). Установленный в самолете относительно маленький реактор был использован лишь для проверки эффективности защиты от радиации и не являлся частью самолетной силовой установки. NB-36H поднимается в небо с люком кабины экипажа, находящимся в поднятом и закрытом положении

ASTR и отсек экипажа размещены на испытательном стенде перед установкой на NB-36H. Обратите внимание на важные меры безопасности в левом нижнем углу

модель ASTR для NB-36H. Устройство, устанавливавшееся в широком заднем бомбоотсекемассивного бомбардировщика, было произведено компанией Convair и весило приблизительно 35000 фунтов (15900 кг). ASTR удалялся в бомбоотсека по окончании каждого испытательного полета для предстоящих проверок и наземных испытаний

всецело герметичная освинцованная кабина экипажа NB-36H весила около 11 тысячь киллограм. Обратите внимание на установленные на бортах капсулы панели с присоединительными патрубками электрических, гижравлических системы и систем управления самолетом

неповторимая роль NB-36H потребовала неповторимой спомогательной наземной техники — гусеничная машина слева была очень сильно экранированным краном для удаления аварийного реактора, справа был буксировщик, что кроме этого был прекрасно защищен

пара редких фотографий внутренностей обитаемой капсулы NB-36H; слева кабина пилотов, справа рабочее место борт-инженера. Капсула была так надежно изолированы, что экипаж информировал, что на протяжении взлета работа шести поршневых двигателей R-4360 и четырех реактивных J47 была тихий

ядерный полет, ход первый: NB-36H

NB-36H с характерным знаком радиационной опасности на киле на протяжении одного из собственных 47 испытательных полетов, выполненных на протяжении собственной успешной программы опробований. Первый из них с всецело функционирующим ASTR был сделан 17 сентября 1955 года, а последний был совершен в марте 1957 года

ядерный полет, ход второй: X-6

компания Convair выстроила громадную модель предложеного X-6 для демонстрации разных качеств наземного обслуживания, коорое может потребоваться самолету. На этом виде спереди продемонстрированы четыре турбореактивных двигателя J53, каковые составляют силовую установку P-1; реактор взял обозначение R-1. Обратите внимание на уплощение фюзеляжа в районе силовой установки/реакторного отсека

на данном снимке специально разработанный манипуляционный робот. Предполагалось, что все виды связанных с X-6 наземных работ будут выполняться дистанционно, потому, что потенциальная радиационная опасность была признана очень значительной. предложение применять реактивный бомбардировщик Convair YB-60 было рассмотрено, но отклонено

снимок модели X-6 с другого ракурса — со стороны задней части фюзеляжа. Обратите внимание на расположенные в шахматном порядке четыре реактивных двигателя J53, из которых два внутренних выступают вперед довольно двух внешних двигателей. X-6 кроме этого потребовал особой углубления для удаления и установки 14-тонной ядерной силовой установки P-1

первая в мире ядерная подлодка «Наутилусе» на фоне Манхеттена. «Наутилус» был спущенна воду 21 января 1954 года и установил множество рекордов среди подводных лодок

папа американского ядерного флота адмирал Хайман Джордж Риковер

Приложение 1 Прямой либо косвенный воздушные циклы?

Правила, лежащие в базе ядерных реактивных двигателей, достаточно несложны. Вместо увеличения температуры рабочей жидкости при сжигании горючего употреблялось тепловая энергия, вырабатываемая ядерным реактором. Имеется два метода нагрева воздуха:

? открытый либо прямой воздушный цикл, в котором воздушное пространство из компрессора направляется через активную территорию реактора, охлаждает его и после этого передается к турбине. Это принцип имеет преимущество простоты, не смотря на то, что имеется утраты давления в активной территории реактора и имеется неудачный побочный эффект попадания радиоактивных частиц в выхлопные газы двигателя;
? закрытый либо косвенный воздушный цикл, в котором реактор не охлаждается потоком воздуха от двигателя, а отдельным теплоносителем с высокими чертями передачи тепла. После этого поток воздуха от двигателя нагревается в теплообменнике контура охлаждения реактора. Во многих отношениях это более элегантное ответ, чем прямой воздушный цикл и благодаря лучшей передачи тепла он более действен.

Двигатели смогут быть расположены дальше от ядра, а радиоактивные частицы не попадают в воздух. Иначе тприменение охлаждающей трубопроводов и жидкости для него делало совокупность с косвенным воздушным циклом более сложной, нежели с прямым.

Приложение 2 Соперники: ядерный флот

Возможно самоё сильным разочарованием для команды ANP было следить за созданием американского «ядерного флота». В январе 1954 года под жеским надзором и базжалостным управлением капитана (капитана 1-го ранга, позднее четырёхзвёздный адмирал флота США) Хаймана Джорджа Риковера (Hyman George Rickover) была построена первая американская ядерная подлодка «Наутилус» (USS Nautilus).

Если сравнивать с ANP у Риковека были технические и организационные преимущества, он был мастером подковерной бюрократической борьбы и имел намного более твёрдый контроль над собственной группой экспертов. Технически экранирование плавающего объекта являются намного более несложной задачей, нежели летающего. На «Наутилусе» стоял «медленный» водо-водяной энергетический реактор, что был надёжным и надежным.

Летный реактор должен был быть в пять раз замечательнее и двадцать раз меньше.

источник: JAKOB WHITFIELD «radiant skies» THE AVIATION HISTORIAN Issue No 4

Сияющие небеса… или как америка перестала беспокоиться по поводу атомной энергетики и полюбила boeing b-52

B 52 Stratofortress Documentary

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: