XX-luvun 50-70-luvulla saatu kokemus hyödyttää edelleen XXI-lukua
Voi tuntua oudolta, että ydinvoima, joka on juurtunut tiukasti maahan, hydrosfääriin ja jopa avaruuteen, ei ole juurtunut ilmassa. Näin on silloin, kun näennäiset turvallisuusnäkökohdat (vaikka eivät vain ne) ovat suurempia kuin ydinvoimalaitosten käyttöönotosta ilmailussa saatavat ilmeiset tekniset ja toiminnalliset hyödyt.
Samaan aikaan tällaisten ilma -alusten onnettomuuksien vakavien seurausten todennäköisyyttä, jos ne ovat täydellisiä, tuskin voidaan pitää suurempina verrattuna ydinvoimalaitoksia käyttäviin avaruusjärjestelmiin. Ja objektiivisuuden vuoksi on syytä muistaa: US-A-tyyppisen Neuvostoliiton keinotekoisen maasatelliitin Kosmos-954 onnettomuus, joka tapahtui vuonna 1978, kun sen palaset putosivat Kanadan alueelle, joka tapahtui vuonna 1978, ei johtanut meritilojen tiedustelu- ja kohdistusmerkintäjärjestelmän rajoittamiseen. (MKRT) "Legend", jonka elementti oli US-A (17F16-K) -laitteet.
Toisaalta ilmailun ydinvoimalaitoksen käyttöolosuhteet, jotka on suunniteltu luomaan työntövoimaa tuottamalla lämpöä kaasuturbiinimoottorilla ilmaan syötettävässä ydinreaktorissa, ovat täysin erilaiset kuin satelliittivoimalaitokset, jotka ovat lämpösähköisiä generaattoreita. Nykyään on esitetty kaksi kaaviokuvaa ilmailun ydinvoimajärjestelmästä - avoin ja suljettu. Avoimen tyyppinen järjestelmä mahdollistaa paineilman lämmittämisen kompressorin avulla suoraan reaktorikanavissa ja sen jälkeisen ulosvirtauksen suihkusuuttimen läpi, ja suljettu tyyppi tarjoaa ilman lämmittämisen lämmönvaihtimella, jonka suljetussa silmukassa jäähdytysneste kiertää. Suljettu piiri voi olla yksi- tai kaksipiirinen, ja käyttöturvallisuuden varmistamisen kannalta toinen vaihtoehto näyttää edullisimmalta, koska ensimmäisen piirin sisältävä reaktorilohko voidaan sijoittaa suojaavaan iskunkestävään kuoreen. joka estää katastrofaaliset seuraukset lento -onnettomuuksissa.
Suljetun tyyppisissä ilmailun ydinjärjestelmissä voidaan käyttää painevesireaktoreita ja nopeita neutronireaktoreita. Kun toteutetaan kaksipiirinen järjestelmä "nopealla" reaktorilla NPS: n ensimmäisessä piirissä, sekä nestemäisiä alkalimetalleja (natrium, litium) että inerttiä kaasua (heliumia) käytettäisiin jäähdytysaineena ja toisessa alkalina metallit (nestemäinen natrium, eutektinen natriumsula jne.) kalium).
ILMASSA - REAKTORI
Ajatuksen ydinvoiman käytöstä ilmailussa esitti vuonna 1942 yksi Manhattan -hankkeen johtajista Enrico Fermi. Hän kiinnostui Yhdysvaltain ilmavoimien komennosta, ja vuonna 1946 amerikkalaiset aloittivat NEPA-projektin (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), jonka tarkoituksena oli määrittää mahdollisuudet luoda rajoittamattoman kantaman pommikoneita ja tiedustelulentokoneita.
Ensinnäkin oli tarpeen tehdä miehistön ja maahuoltohenkilöstön säteilysuojeluun liittyvää tutkimusta ja antaa todennäköisyystilanteellinen arvio mahdollisista onnettomuuksista. Työn nopeuttamiseksi Yhdysvaltain ilmavoimat laajensivat NEPA -hanketta vuonna 1951 tavoiteohjelmaan ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Sen puitteissa General Electric -yhtiö kehitti avoimen piirin ja Pratt-Whitney-yhtiö kehitti suljetun YSU-piirin.
Tulevan ilmailun ydinreaktorin (yksinomaan fyysisen laukaisun tilassa) ja biologisen suojan testaamiseksi Convair-yhtiön sarja B-36H Peacemaker -pommikone oli tarkoitettu kuudella mäntä- ja neljällä turbojet-moottorilla. Se ei ollut ydinlentokone, vaan vain lentävä laboratorio, jossa reaktori oli testattava, mutta se nimettiin NB -36H - ydinpommittajaksi ("atomipommittaja"). Ohjaamo muutettiin lyijy- ja kumikapseliksi, jossa oli lisäksi terästä ja lyijysuojaa. Suojautuakseen neutronisäteilyltä rungossa asetettiin erityisiä vedellä täytettyjä paneeleja.
Oak Ridge National Laboratoryn vuonna 1954 luoma lentokonereaktorin prototyyppi ARE (Aircraft Reactor Experiment) tuli maailman ensimmäinen homogeeninen ydinreaktori, jonka kapasiteetti oli 2,5 MW polttoaineena sulasta suolasta - natriumfluoridista ja zirkoniumista ja uraanitetrafluoridista.
Tämän tyyppisten reaktorien etuna on se, että ydin tuhoutuu onnettomuudessa, ja polttoainesuolaseos itse toimii suljetun ilma-aluksen NSU: n tapauksessa ensisijaisena jäähdytysaineena. Kun sulaa suolaa käytetään jäähdytysaineena, sitä suurempi, esimerkiksi nestemäiseen natriumiin verrattuna, sulan suolan lämpökapasiteetti mahdollistaa pienikokoisten kiertopumppujen käytön ja hyötyy metallin kulutuksen pienenemisestä. koko reaktorilaitoksen suunnittelun ja alhaisen lämmönjohtavuuden olisi pitänyt varmistaa ydinlentokoneen moottorin vakaus äkillisiä lämpötilahyppyjä vastaan.
Amerikkalaiset ovat kehittäneet ARE -reaktorin perusteella kokeellisen ilmailun YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment). General Dynamics suunnitteli ilman lisäviivoja strategisiin pommikoneisiin B-36 ja B-47 “Stratojet” X-39-lentokoneen ydinmoottorin, joka perustuu sarjamuotoiseen J47-turbomoottorimoottoriin-polttokammion sijaan siihen sijoitettiin reaktorisydän.
Convair aikoi toimittaa X-39: n X-6: lle-ehkä sen prototyyppi olisi B-58 Hustlerin yliääninen strateginen pommikone, joka teki ensimmäisen lennonsa vuonna 1956. Lisäksi harkittiin myös saman YB-60-yhtiön kokeneen subonic-pommikoneen atomiversiota. Amerikkalaiset kuitenkin luopuivat avoimen piirin ilmailun ydinohjausjärjestelmästä, koska X-39-reaktorin ytimen ilmakanavien seinämien eroosio johtaa siihen, että lentokone jättää jälkeensä radioaktiivisen jäljen ja saastuttaa ympäristöä.
Toivon menestyksestä lupasi Pratt-Whitney-yhtiön säteilyturvallisempi suljettu ydinvoimala, jonka luomiseen osallistui myös General Dynamics. Näille moottoreille Convair-yritys aloitti kokeellisten lentokoneiden NX-2 rakentamisen. Sekä turbo- että turbopropelleroituja versioita ydinpommikoneista, joissa on tämäntyyppisiä ydinvoimaloita, kehitettiin.
Kuitenkin vuonna 1959 käyttöön otetut mannertenväliset Atlas -ballistiset ohjukset, jotka kykenivät hyökkäämään kohteisiin Neuvostoliitossa Yhdysvaltojen mantereelta, neutraloivat ANP -ohjelman, varsinkin kun atominäytteiden tuotantonäytteet olisivat tuskin ilmestyneet ennen vuotta 1970. Tämän seurauksena maaliskuussa 1961 kaikki työt tällä alueella Yhdysvalloissa pysäytettiin presidentti John F. Kennedyn henkilökohtaisella päätöksellä, eikä todellista atomikoneita koskaan rakennettu.
Lentokonereaktorin ASTR (Aircraft Shield Test Reactor) lentonäyte, joka sijaitsee NB-36H-lentävän laboratorion pommitilassa, oli 1 MW: n nopea neutronireaktori, jota ei ollut kytketty moottoreihin ja joka toimi uraanidioksidilla ja jäähdytettiin ilmavirta erityisten ilmanottoaukkojen kautta. Syyskuusta 1955 maaliskuuhun 1957 NB-36H teki 47 lentoa ASTR: n kanssa New Mexicon ja Teksasin osavaltioiden asumattomilla alueilla, minkä jälkeen autoa ei koskaan nostettu taivaalle.
On huomattava, että Yhdysvaltain ilmavoimat käsittelivät myös risteilyohjusten ydinmoottorin ongelmaa tai, kuten oli tapana sanoa 1960 -luvulle asti, ammuksia. Osana Pluto -hanketta Livermore Laboratory loi kaksi näytettä Tory -ydinvoiman ramjet -moottorista, joka oli tarkoitus asentaa SLAM -ylikapasiteetti -risteilyohjukselle. Ilman "atomilämmityksen" periaate reaktorin ytimen läpi oli tässä sama kuin avoimissa ydinkaasuturbiinimoottoreissa vain yhdellä erolla: ramjet-moottorista puuttuu kompressori ja turbiini. Torit, jotka testattiin menestyksekkäästi kentällä vuosina 1961-1964, ovat ensimmäiset ja toistaiseksi ainoat todella toimivat ilmailun (tarkemmin sanottuna ohjukset ja ilmailu) ydinvoimalaitokset. Mutta myös tämä projekti päättyi toivottomana ballististen ohjusten luomisen onnistumisen taustalla.
Ota kiinni ja ohita
Tietenkin ajatus ydinvoiman käytöstä ilmailussa, amerikkalaisista riippumatta, kehittyi myös Neuvostoliitossa. Itse asiassa lännessä, ilman syytä, he epäilivät, että tällaista työtä tehtiin Neuvostoliitossa, mutta kun heistä paljastettiin ensimmäinen tosiasia, he joutuivat sotkuun. Ilmailuviikko raportoi 1. joulukuuta 1958: Neuvostoliitto luo strategisen pommikoneen ydinvoimaloilla, mikä aiheutti suurta jännitystä Amerikassa ja jopa auttoi ylläpitämään kiinnostusta ANP -ohjelmaan, joka oli jo alkanut häipyä. Kuitenkin artikkelin mukana tulleissa piirustuksissa toimituksellinen taiteilija kuvasi varsin tarkasti VM Myasishchevin kokeellisen suunnittelutoimiston M-50-konetta, jota itse asiassa tuolloin kehitettiin, täysin "futuristisella" ulkonäöllä, jolla oli tavanomaiset turboreaktiiviset moottorit. Ei muuten tiedetä, seurasiko tämän julkaisun jälkeen "showdown" Neuvostoliiton KGB: ssä: työ M-50: llä tapahtui tiukimman salaisuuden ilmapiirissä, pommikone teki ensimmäisen lentonsa myöhemmin kuin maininta länsimaisessa lehdistössä lokakuussa 1959, ja auto esiteltiin suurelle yleisölle vasta heinäkuussa 1961 Tushinon ilmaparaatissa.
Mitä tulee Neuvostoliiton lehdistöön, ensimmäistä kertaa atomikoneesta kerrottiin yleisimmin sanoin "Technics - Youth" -lehti vuonna 1955 numerossa 8: "Atomienergiaa käytetään yhä enemmän teollisuudessa, energiassa, maataloudessa ja lääke. Mutta aika ei ole kaukana, kun sitä käytetään ilmailussa. Lentoasemilta jättikoneet nousevat helposti ilmaan. Ydinlentokoneet voivat lentää melkein niin kauan kuin haluat, uppoamatta maahan kuukausia, mikä tekee kymmeniä non-stop -lentoja ympäri maailmaa yliäänellä. " Aikakauslehti vihjasi ajoneuvon sotilaalliseen tarkoitukseen (siviili-ilma-alusten ei tarvitse olla taivaalla "niin kauan kuin haluat"), mutta esitti kuitenkin hypoteettisen kaavion rahti-matkustajalentokoneesta, jossa on avoin ydinvoimala.
Myasishchevsky -kollektiivi ei kuitenkaan yksin käsitellyt ydinvoimaloilla varustettuja lentokoneita. Vaikka Neuvostoliiton fyysikot ovat tutkineet syntymismahdollisuuksiaan 40 -luvun lopulta lähtien, käytännön työ tähän suuntaan Neuvostoliitossa alkoi paljon myöhemmin kuin Yhdysvalloissa, ja alku syntyi ministerineuvoston asetuksella Neuvostoliitto nro 1561-868, 12. elokuuta 1955. Hänen mukaansa OKB-23 V. M. Myasishchev ja OKB-156 A. N. Tupolev sekä lentokoneiden moottori OKB-165 A. M. Lyulka ja OKB-276 N. D.
Lentokoneen ydinreaktori suunniteltiin akateemikkojen I. V. Kurchatovin ja A. P. Aleksandrovin valvonnassa. Tavoite oli sama kuin amerikkalaisilla: saada auto, joka nousi maan alueelta ja pystyy iskemään kohteisiin kaikkialla maailmassa (ennen kaikkea tietysti Yhdysvalloissa).
Neuvostoliiton atomilento -ohjelman piirre oli, että se jatkui silloinkin, kun aihe oli jo unohdettu Yhdysvalloissa.
Ydinvalvontajärjestelmän luomisen aikana avoimet ja suljetut piirikaaviot analysoitiin perusteellisesti. Niinpä Lyulka Design Bureau kehitti avoimen tyyppisen järjestelmän, joka sai koodin "B", kahdenlaisia atomiturbiinimoottoreita -aksiaalisia, joissa turbokompressorin akseli kulki rengasmaisen reaktorin läpi ja "keinuvivut" - akseli reaktorin ulkopuolella, joka sijaitsee kaarevalla virtausreitillä. Kuznetsovin suunnittelutoimisto puolestaan työskenteli moottoreissa suljetun "A" -mallin mukaisesti.
Myasishchevin suunnittelutoimisto ryhtyi heti ratkaisemaan kaikkein ilmeisimmin vaikeaa tehtävää-suunnitella supernopeita atomipommikoneita. Vielä tänäkin päivänä 50 -luvun lopulla tehtyjen tulevien autojen kaavioita tarkasteltaessa voidaan varmasti nähdä 2000 -luvun teknisen estetiikan piirteet! Nämä ovat lentokoneiden "60", "60M" (ydinvesilentokone), "62" hankkeet "B" -järjestelmän Lyulkovskin moottoreille sekä "30" - jo Kuznetsovin moottoreiden alla. "30" -pommikoneen odotetut ominaisuudet ovat vaikuttavia: suurin nopeus - 3600 km / h, matka -nopeus - 3000 km / h.
Asia ei kuitenkaan päässyt Myasishchevin ydinkoneen yksityiskohtaiseen suunnitteluun, koska OKB-23 selvitettiin itsenäisenä ominaisuutena ja se tuotiin V. N. Chelomeyn rakettiin ja avaruuteen OKB-52.
Ohjelmaan osallistumisen ensimmäisessä vaiheessa Tupolev-tiimin oli luotava amerikkalaisen NB-36H: n kaltainen lentävä laboratorio, jossa oli reaktori. Se sai nimityksen Tu-95LAL, ja se rakennettiin sarjaan turbopropellerin raskaan strategisen pommikoneen Tu-95M perusteella. Reaktoriamme, kuten amerikkalaista, ei liitetty kantolentokoneiden moottoreihin. Perusero Neuvostoliiton lentokonereaktorin ja amerikkalaisen välillä oli, että se oli vesijäähdytteinen ja paljon pienemmällä teholla (100 kW).
Kotireaktori jäähdytettiin ensiöpiirin vedellä, mikä puolestaan antoi lämpöä toisiopiirin vedelle, joka jäähdytettiin ilmanoton kautta kulkevan ilmavirran avulla. Näin laadittiin NK-14A Kuznetsov-atomiturbiinimoottorin kaaviokuva.
Tu-95LAL-lentävä ydinlaboratorio vuosina 1961-1962 nosti reaktorin ilmaan 36 kertaa sekä toiminta- että "kylmässä" tilassa tutkiakseen biologisen suojajärjestelmän tehokkuutta ja säteilyn vaikutusta lentokonejärjestelmiin. Testitulosten mukaan valtion ilmailuteknologiakomitean puheenjohtaja P. V. Dementyev totesi kuitenkin huomautuksessaan maan johtajalle helmikuussa 1962: YSU: n kanssa kehitettiin OKB -301 SA Lavochkin. - K. Ch.), Koska tutkimustyö ei riitä sotilastarvikkeiden prototyyppien kehittämiseen, tätä työtä on jatkettava."
Kehittäessään OKB-156: n suunnitteluvarausta Tupolevin suunnittelutoimisto kehitti Tu-95-pommikoneen pohjalta projektin kokeellisesta Tu-119-lentokoneesta, jossa oli NK-14A-atomiturbiinimoottorit. Koska tehtävä luoda erittäin pitkän kantaman pommikone, joka esiintyi Neuvostoliitossa mannertenvälisillä ballistisilla ohjuksilla ja meripohjaisilla ohjuksilla (sukellusveneillä), on menettänyt kriittisen merkityksensä, Tupolevit pitivät Tu-119: tä siirtymävaiheen mallina tapa luoda ydinsukellusveneiden vastainen lentokone pitkän matkan matkustajalentokoneeseen Tu-114 perustuen, joka myös "kasvoi" Tu-95: stä. Tämä tavoite oli täysin sopusoinnussa Neuvostoliiton johdon huolen kanssa siitä, että amerikkalaiset ottivat 1960 -luvulla käyttöön sukellusveneydinjärjestelmän Polaris ICBM: n ja sitten Poseidonin kanssa.
Tällaisen lentokoneen hanketta ei kuitenkaan toteutettu. Pysyi suunnitteluvaiheessa ja suunnitelmat luoda Tupolev-ylikellopommittajien perhe YSU: lla koodinimellä Tu-120, joka, kuten sukellusveneiden atomin metsästäjä, oli tarkoitus testata 70-luvulla …
Siitä huolimatta Kreml piti ajatuksesta antaa laivaston ilmailulle sukellusveneiden vastainen lentokone, jolla on rajoittamaton lentomatka, taistelemaan Naton ydinsukellusveneitä vastaan kaikilla valtamerialueilla. Lisäksi tämän koneen piti kuljettaa mahdollisimman paljon ammuksia sukellusveneiden vastaisia aseita - ohjuksia, torpedoja, syvyyspanoksia (mukaan lukien ydin) ja kaikuluottoja. Siksi valinta putosi raskaaseen sotilaskuljetuskoneeseen An-22 "Antey", jonka kantavuus oli 60 tonnia-maailman suurimpaan laajarunkoturbiinikoneeseen. Tulevaan lentokoneeseen An-22PLO suunniteltiin varustettava neljä NK-14A-atomiturbiinimoottoria standardin NK-12MA sijasta.
Ohjelma tällaisen näkymättömän luomiseksi missään muussa siivekoneen laivastossa sai koodinimen "Aist", ja NK-14A: n reaktori kehitettiin akateemikko A. P. Aleksandrovin johdolla. Vuonna 1972 reaktorin testit alkoivat An-22-lentävässä laboratoriossa (yhteensä 23 lentoa), ja tehtiin johtopäätös sen turvallisuudesta normaalikäytössä. Vakavan onnettomuuden sattuessa oli tarkoitus erottaa reaktoriyksikkö ja ensiöpiiri putoavasta lentokoneesta pehmeällä laskuvarjolla.
Yleensä ilmailureaktorista "Aist" on tullut ydintieteen ja -teknologian täydellisin saavutus sen soveltamisalalla.
Ottaen huomioon, että An-22-lentokoneen pohjalta oli myös tarkoitus luoda mannertenvälinen strateginen ilma-ohjusjärjestelmä An-22R, jossa on R-27-sukellusvene ballistinen ohjus, on selvää, minkälaisen potentiaalin tällainen kuljettaja voisi saada, jos se olisi siirretty "atomivoimaan" »NK-14A-moottoreilla! Ja vaikka asiat eivät edenneet sekä An-22PLO-hankkeen että An-22R-hankkeen toteuttamiseen, on todettava, että maamme on kuitenkin ohittanut Yhdysvaltojen ilmailun ydinvoimalaitoksen rakentamisen alalla.
Ei ole epäilystäkään siitä, että tämä kokemus voi eksoottisuudestaan huolimatta olla edelleen hyödyllinen, mutta korkeammalla toteutustasolla.
Miehittämättömien erittäin pitkän kantaman tiedustelu- ja iskulentokonejärjestelmien kehittäminen voi hyvinkin seurata polkua, jossa ydinjärjestelmiä käytetään niihin-tällaisia oletuksia tehdään jo ulkomailla.
Tutkijat ennustivat myös, että tämän vuosisadan loppuun mennessä miljoonia matkustajia kuljetetaan todennäköisesti ydinvoimalla toimivilla matkustajalentokoneilla. Lentopetrolin korvaamisesta ydinpolttoaineella liittyvien ilmeisten taloudellisten etujen lisäksi puhumme ilmailun osuuden jyrkästä vähenemisestä, joka ydinvoimajärjestelmiin siirtymisen myötä lakkaa "rikastamasta" ilmakehää hiilidioksidilla, maailmanlaajuiseen kasvihuoneilmiöön.
Kirjoittajan mielestä ilmailun ydinjärjestelmät sopisivat täydellisesti tulevaisuuden kaupallisiin ilmailukuljetuskomplekseihin, jotka perustuvat erittäin raskaisiin rahtikoneisiin: esimerkiksi sama jättiläinen "lentolautta" M-90, jonka kantavuus on 400 tonnia, VM Myasishchevin nimisen kokeellisen koneenrakennustehtaan suunnittelijat.
Tietenkin on ongelmia, jotka liittyvät yleisen mielipiteen muuttamiseen ydinvoimalan siviili -ilmailun hyväksi. Myös sen ydinvoiman ja terrorismin vastaisen turvallisuuden varmistamiseen liittyvät vakavat kysymykset on ratkaistava (muuten asiantuntijat mainitsevat kotimaisen ratkaisun, jossa hätätilanteessa "lasketaan" reaktorin laskuvarjo). Mutta kävelijä hallitsee tien, joka on lyöty yli puoli vuosisataa sitten.
