Viime vuosisadan 50 -luku oli ydinteknologian nopean kehityksen aikaa. Suurvallat rakensivat ydinasevarastojaan rakentamalla ydinvoimalaitoksia, jäänmurtajia, sukellusveneitä ja sotalaivoja ydinvoimaloiden kanssa matkan varrella. Uudella tekniikalla oli suuri lupaus. Esimerkiksi ydinsukellusveneellä ei ollut rajoituksia risteilyalueelle upotetussa asennossa, ja voimalaitoksen "tankkaus" voitaisiin tehdä muutaman vuoden välein. Ydinreaktoreilla oli tietysti myös haittoja, mutta niiden luontaiset edut kompensoivat enemmän kuin kaikki turvallisuuskustannukset. Ajan myötä ydinvoimajärjestelmien suuri potentiaali kiinnosti paitsi laivaston komentoa myös sotilasilmailua. Ilma -aluksella, jossa on reaktori, voisi olla paljon paremmat lento -ominaisuudet kuin sen bensiini- tai kerosiinikoneilla. Ensinnäkin armeijaa houkutteli tällaisen pommikoneen, kuljetuskoneen tai sukellusveneiden vastaisen lentokoneen teoreettinen lentomatka.
1940 -luvun lopulla entisistä liittolaisista sodassa Saksan ja Japanin kanssa - Yhdysvalloista ja Neuvostoliitosta - tuli yhtäkkiä katkera vihollinen. Molempien maiden keskinäisen sijainnin maantieteelliset piirteet vaativat mannertenvälisen strategisen pommikoneen luomista. Vanha tekniikka ei jo kyennyt varmistamaan atomien ampumatarvikkeiden toimittamista toiselle mantereelle, mikä edellytti uusien lentokoneiden luomista, rakettitekniikan kehittämistä jne. Jo 40 -luvulla ajatus ydinreaktorin asentamisesta lentokoneeseen oli kypsä amerikkalaisten insinöörien mielessä. Tuolloin tehdyt laskelmat osoittivat, että B-29-pommikoneella painoon, kokoon ja lento-parametreihin verrattavissa oleva lentokone pystyi viettämään vähintään viisi tuhatta tuntia ilmassa yhdellä ydinpolttoaineen tankkauksella. Toisin sanoen, jopa tuon ajan epätäydellisellä tekniikalla, ydinreaktori aluksella vain yhdellä tankkauksella voisi tarjota lentokoneelle energiaa koko sen käyttöiän ajan.
Tämän ajan hypoteettisten atomolettien toinen etu oli reaktorin saavuttamat lämpötilat. Oikealla ydinvoimalaitoksen suunnittelulla olisi mahdollista parantaa olemassa olevia turbojet -moottoreita kuumentamalla työainetta reaktorin avulla. Siten tuli mahdolliseksi lisätä moottorin suihkutuskaasujen energiaa ja niiden lämpötilaa, mikä johtaisi tällaisen moottorin työntövoiman merkittävään kasvuun. Kaikkien teoreettisten näkökohtien ja laskelmien tuloksena lentokoneet, joissa on ydinmoottori joissakin päissä, ovat muuttuneet yleiseksi ja voittamattomaksi atomipommien kuljetusvälineeksi. Kuitenkin edelleen käytännön työ jäähdytti tällaisten "haaveilijoiden" intoa.
NEPA -ohjelma
Vuonna 1946 vastikään perustettu Yhdysvaltain puolustusministeriö avasi NEPA -hankkeen (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Tämän ohjelman tavoitteena oli tutkia lentokoneiden kehittyneiden ydinvoimalaitosten kaikkia näkökohtia. Fairchild nimitettiin NEPA -ohjelman pääurakoitsijaksi. Häntä kehotettiin tutkimaan strategisten pommikoneiden ja ydinvoimaloilla varustettujen nopeiden tiedustelulentokoneiden tulevaisuudennäkymiä sekä muokkaamaan jälkimmäisten ulkonäköä. Fairchildin työntekijät päättivät aloittaa ohjelman valmistelun kiireellisimmällä kysymyksellä: lentäjien ja huoltohenkilöstön turvallisuudella. Tätä varten kapseli, jossa oli useita grammoja radiumia, sijoitettiin lentävänä laboratoriona käytetyn pommikoneen tavaratilaan. Säännöllisen miehistön osan sijasta yrityksen työntekijät, "aseistetut" Geiger -laskureilla, osallistuivat koelentoihin. Huolimatta siitä, että tavaratilassa on suhteellisen vähän radioaktiivista metallia, taustasäteily ylitti sallitun tason kaikissa lentokoneen asutustilavuuksissa. Näiden tutkimusten tuloksena Fairchildin työntekijöiden oli ryhdyttävä laskelmiin ja selvitettävä, mitä suojaa reaktori tarvitsee asianmukaisen turvallisuuden takaamiseksi. Jo alustavat laskelmat ovat osoittaneet selvästi, että B-29-kone ei yksinkertaisesti kykene kuljettamaan tällaista massaa, eikä olemassa olevan tavaratilan tilavuus salli reaktorin sijoittamista purkamatta pommitelineitä. Toisin sanoen B-29: n tapauksessa olisi valittava pitkän lentomatkan (ja silloinkin hyvin kaukana tulevaisuudessa) ja ainakin jonkinlaisen hyötykuorman välillä.
Lentokoneen reaktorin esisuunnittelun luominen jatkoi uusia ja uusia ongelmia. Sallittujen paino- ja kokoparametrien jälkeen ilmeni vaikeuksia reaktorin ohjauksessa lennon aikana, miehistön ja rakenteen tehokkaassa suojaamisessa, voimansiirrossa reaktorista potkureihin ja niin edelleen. Lopuksi kävi ilmi, että jopa riittävän vakavalla suojauksella reaktorin säteily voi vaikuttaa negatiivisesti lentokoneen tehojoukkoon ja jopa moottorien voiteluun, puhumattakaan elektronisista laitteista ja miehistöstä. Alustavan työn tulosten mukaan NEPA -ohjelmalla oli vuoteen 1948 mennessä kymmenistä miljoonista dollareista huolimatta erittäin kyseenalaisia tuloksia. Kesällä 48 pidettiin Massachusettsin teknillisessä instituutissa suljettu konferenssi, joka koski lentokoneiden ydinvoimalaitosten tulevaisuudennäkymiä. Useiden kiistojen ja neuvottelujen jälkeen tapahtumaan osallistuneet insinöörit ja tutkijat tulivat siihen johtopäätökseen, että atomikone oli periaatteessa mahdollista luoda, mutta sen ensimmäiset lennot luettiin vasta 1960-luvun puolivälissä tai jopa myöhemmässä vaiheessa Päivämäärä.
MIT: n konferenssissa julkistettiin kahden konseptin luominen kehittyneille ydinvoimaloille, avoin ja suljettu. "Avoin" ydinsuihkumoottori oli eräänlainen tavanomainen turbojet -moottori, jossa tuloilmaa lämmitetään kuumalla ydinreaktorilla. Kuuma ilma heitettiin ulos suuttimen läpi pyörittäen samalla turbiinia. Jälkimmäinen käynnisti kompressorin siipipyörät. Tällaisen järjestelmän haitoista keskusteltiin välittömästi. Koska ilmakosketus reaktorin lämmitysosien kanssa oli tarpeen, koko järjestelmän ydinturvallisuus aiheutti erityisiä ongelmia. Lisäksi lentokoneen hyväksyttävän asettelun vuoksi tällaisen moottorin reaktorin oli oltava hyvin, hyvin pieni, mikä vaikutti sen tehoon ja suojaustasoon.
Suljetun ydinsuihkumoottorin piti toimia samalla tavalla sillä erolla, että ilma moottorin sisällä lämpeni joutuessaan kosketuksiin itse reaktorin kanssa, mutta erityisessä lämmönvaihtimessa. Suoraan reaktorista tässä tapauksessa ehdotettiin tietyn jäähdytysnesteen lämmittämistä, ja ilman piti nousta lämpötilaan joutuessaan kosketuksiin moottorin sisällä olevan primääripiirin pattereiden kanssa. Turbiini ja kompressori pysyivät paikallaan ja toimivat täsmälleen samalla tavalla kuin turboreaktoreilla tai avoimilla ydinmoottoreilla. Suljetun kierron moottori ei asettanut erityisiä rajoituksia reaktorin mitoille ja mahdollisti päästöjen vähentämisen merkittävästi ympäristöön. Toisaalta erityinen ongelma oli jäähdytysnesteen valinta reaktorin energian siirtämiseksi ilmaan. Erilaiset nesteet-nesteet eivät tuottaneet asianmukaista tehokkuutta, ja metalliset vaativat esilämmityksen ennen moottorin käynnistämistä.
Konferenssin aikana ehdotettiin useita alkuperäisiä menetelmiä miehistön suojelun tason parantamiseksi. Ensinnäkin ne koskivat sopivan rakenteen kantavien elementtien luomista, jotka suojaisivat miehistöä itsenäisesti reaktorin säteilyltä. Vähemmän optimistiset tiedemiehet ehdottivat, että lentäjiä tai ainakin heidän lisääntymistoimintoaan ei pitäisi vaarantaa. Siksi ehdotettiin korkeimman mahdollisen suojan tarjoamista ja miehistöjen rekrytointia iäkkäiltä lentäjiltä. Lopuksi ilmestyi ideoita lupaavan atomikoneen varustamisesta kauko -ohjausjärjestelmällä, jotta ihmiset lennon aikana eivät vaarantaisivat terveyttään. Viimeisestä vaihtoehdosta keskusteltaessa tuli ajatus miehistön sijoittamisesta pieneen purjelentokoneeseen, joka piti hinata atomikäyttöisen lentokoneen takana riittävän pitkällä kaapelilla.
ANP -ohjelma
MIT: n konferenssi, joka oli toiminut eräänlaisena aivoriihi-istuntona, vaikutti myönteisesti ydinvoimaloiden kehittämisohjelman jatkumiseen. Vuoden 1949 puolivälissä Yhdysvaltain armeija käynnisti uuden ohjelman nimeltä ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Tällä kertaa työsuunnitelma sisälsi valmistelut täysimittaisen lentokoneen luomiseksi ydinvoimalaitoksen kanssa. Muiden painopisteiden vuoksi ohjelmaan osallistuvien yritysten luetteloa on muutettu. Niinpä Lockheed ja Convair palkattiin lupaavan lentokoneen rungon kehittäjiksi, ja General Electricin ja Pratt & Whitneyn tehtävänä oli jatkaa Fairchildin työtä ydinvoimalaitoskoneen parissa.
ANP -ohjelman alkuvaiheessa asiakas keskittyi enemmän turvalliseen suljettuun moottoriin, mutta General Electric toteutti "tiedotuksen" armeijan ja valtion virkamiehille. General Electricin työntekijät vaativat yksinkertaisuutta ja sen seurauksena avoimen moottorin halpautta. He onnistuivat vakuuttamaan vastuuhenkilöt, ja sen seurauksena ANP -ohjelman ajosuunta jaettiin kahteen itsenäiseen hankkeeseen: General Electricin kehittämään "avoimeen" moottoriin ja Pratt & Whitneyn suljetun piirin moottoriin. Pian General Electric pystyi viemään projektin läpi ja saavuttamaan sille erityisen etusijan ja sen seurauksena lisärahoitusta.
ANP -ohjelman aikana jo olemassa oleviin ydinmoottorivaihtoehtoihin lisättiin toinen. Tällä kertaa ehdotettiin moottorin valmistamista, joka muistuttaa rakenteeltaan ydinvoimalaitosta: reaktori lämmittää vettä ja tuloksena oleva höyry ajaa turbiinia. Jälkimmäinen siirtää voiman potkurille. Tällainen järjestelmä, jolla on alhaisempi tehokkuus verrattuna muihin, osoittautui yksinkertaisimmaksi ja kätevimmäksi nopeimpaan tuotantoon. Tästä atomiversiolentokoneiden voimalaitoksen versiosta ei kuitenkaan tullut tärkein. Muutamien vertailujen jälkeen asiakas ja ANP -urakoitsijat päättivät jatkaa "avoimien" ja "suljettujen" moottoreiden kehittämistä jättäen höyryturbiinin varavaihtoehdoksi.
Ensimmäiset näytteet
Vuosina 1951-52 ANP-ohjelma lähestyi mahdollisuutta rakentaa ensimmäinen prototyyppi. Perustaksi otettiin Convair YB-60 -pommikone, jota kehitettiin tuolloin. P-1-voimalaitos on suunniteltu erityisesti YB-60: lle. Se perustui lieriömäiseen yksikköön, jonka sisällä oli reaktori. Ydinlaitoksen lämpöteho oli noin 50 megawattia. Neljä GE XJ53 -suihkumoottoria liitettiin reaktoriin putkiston kautta. Moottorin kompressorin jälkeen ilma kulki putkien läpi reaktorisydämen ohi ja lämmetessään sinne heitettiin suuttimen läpi. Laskelmat osoittivat, että ilma yksin ei riitä reaktorin jäähdyttämiseen, joten järjestelmään lisättiin boorivesiliuoksen säiliöitä ja putkia. Kaikki reaktoriin kytketyt voimalaitosjärjestelmät oli tarkoitus asentaa pommikoneen takaluukkuun mahdollisimman kauas asutuskelpoisista tilavuuksista.
YB-60 prototyyppi
On syytä huomata, että myös YB-60-lentokoneessa oli tarkoitus jättää alkuperäiset turbojet-moottorit. Tosiasia on, että avoimen piirin ydinmoottorit saastuttavat ympäristöä, eikä kukaan salli tämän tehdä lentoasemien tai siirtokuntien välittömässä läheisyydessä. Lisäksi ydinvoimalalla oli teknisten ominaisuuksien vuoksi huono kaasuvaste. Siksi sen käyttö oli kätevää ja hyväksyttävää vain pitkille lennoille risteilynopeudella.
Toinen varotoimenpide, mutta luonteeltaan erilainen, oli kahden ylimääräisen lentävän laboratorion perustaminen. Ensimmäinen niistä, nimetty NB-36H ja oikea nimi Crusader ("Crusader"), oli tarkoitettu miehistön turvallisuuden tarkistamiseen. Sarjaan B-36 asennettiin kaksitoista tonnin ohjaamo, joka oli koottu paksuista teräslevyistä, lyijypaneeleista ja 20 cm: n lasista. Lisäsuojaksi ohjaamon takana oli boorisäiliö. Crusaderin hännän osaan, samaan etäisyyteen ohjaamosta kuin YB-60: een, asennettiin kokeellinen ASTR-reaktori (Aircraft Shield Test Reactor), jonka kapasiteetti oli noin yksi megawatti. Reaktori jäähdytettiin vedellä, joka siirsi ytimen lämmön rungon ulkopinnan lämmönvaihtimiin. ASTR -reaktori ei suorittanut mitään käytännön tehtävää ja toimi vain kokeellisena säteilylähteenä.
NB-36H (X-6)
NB-36H-laboratorion koelennot näyttivät tältä: lentäjät nostivat ilmaan vaimennetulla reaktorilla varustetun lentokoneen, lentävät lähialueen aavikon yläpuolella olevalle testausalueelle, jossa kaikki kokeet suoritettiin. Kokeiden päätyttyä reaktori sammutettiin ja kone palasi tukikohtaan. Carswellin lentokentältä nousi Crusaderin ohella toinen B-36-pommikone, jossa oli instrumentointi ja kuljetus Marine-laskuvarjojen kanssa. Lentokoneen prototyypin törmäyksen sattuessa merijalkaväen oli laskeuduttava hylkyjen viereen, erotella alue ja osallistuttava onnettomuuden seurausten poistamiseen. Onneksi kaikki 47 lentoa, joissa oli toimiva reaktori, onnistuivat ilman pakotettua pelastuslaskua. Testilennot ovat osoittaneet, että ydinvoimalla toimiva lentokone ei tietenkään aiheuta vakavaa uhkaa ympäristölle, jos sitä käytetään asianmukaisesti ja ilman häiriöitä.
Toinen lentävä laboratorio, nimeltään X-6, oli tarkoitus muuntaa B-36-pommikoneesta. He aikoivat asentaa tälle koneelle ohjaamon, samanlaisen kuin "Crusader" -yksikkö, ja asentaa ydinvoimalaitoksen rungon keskelle. Jälkimmäinen suunniteltiin P-1-yksikön perusteella ja varustettiin uusilla GE XJ39 -moottoreilla, jotka on luotu J47-turboreaktoreiden perusteella. Jokaisen neljän moottorin työntövoima oli 3100 kgf. Mielenkiintoista on, että ydinvoimalaitos oli yksilohko, joka oli suunniteltu asennettavaksi lentokoneeseen juuri ennen lentoa. Laskeutumisen jälkeen oli tarkoitus ajaa X-6 erityisesti varustettuun angaariin, poistaa reaktori moottorilla ja sijoittaa se erityiseen varastotilaan. Työn tässä vaiheessa luotiin myös erityinen puhdistusyksikkö. Tosiasia on, että suihkumoottoreiden kompressorien sammuttamisen jälkeen reaktori ei enää jäähtynyt riittävän tehokkaasti, ja tarvittiin lisäkeino reaktorin turvallisen sammutuksen varmistamiseksi.
Tarkastus ennen lentoa
Ennen täysimittaisen ydinvoimalaitoksen lentojen aloittamista amerikkalaiset insinöörit päättivät tehdä asianmukaista tutkimusta maanpäällisissä laboratorioissa. Vuonna 1955 koottiin kokeellinen asennus HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments). Viisikymmentä tonnin yksikkö koottiin rautatiealustan perusteella. Siten ennen kokeilujen aloittamista se voitaisiin ottaa pois ihmisiltä. HTRE-1-yksikkö käytti suojattua kompaktia uraanireaktoria, jossa käytettiin berylliumia ja elohopeaa. Lisäksi lavalle asetettiin kaksi JX39 -moottoria. Ne käynnistettiin kerosiinilla, sitten moottorit saavuttivat käyntinopeuden, minkä jälkeen kompressorin ilma ohjattiin ohjauspaneelin komennolla reaktorin työalueelle. Tyypillinen kokeilu HTRE-1: llä kesti useita tunteja, ja se simuloi pommikoneen pitkää lentoa. Vuoden 56 puoliväliin mennessä koeyksikkö saavutti yli 20 megawatin lämpökapasiteetin.
HTRE-1
Myöhemmin HTRE-1-yksikkö suunniteltiin uudelleen päivitetyn projektin mukaisesti, jonka jälkeen se sai nimen HTRE-2. Uuden reaktorin ja uusien teknisten ratkaisujen teho oli 14 MW. Koevoimalaitoksen toinen versio oli kuitenkin liian suuri lentokoneisiin asennettavaksi. Siksi vuoteen 1957 mennessä HTRE-3-järjestelmän suunnittelu alkoi. Se oli syvästi modernisoitu P-1-järjestelmä, joka on sovitettu toimimaan kahden turbojet-moottorin kanssa. Pienikokoinen ja kevyt HTRE-3-järjestelmä tuotti 35 megawattia lämpötehoa. Keväällä 1958 aloitettiin maan testauskompleksin kolmannen version testit, jotka vahvistivat täysin kaikki laskelmat ja mikä tärkeintä, tällaisen voimalaitoksen näkymät.
Vaikea suljettu piiri
Vaikka General Electric asetti etusijalle avoimen piirin moottorit, Pratt & Whitney ei tuhlannut aikaa kehittääkseen omaa versiotaan suljetusta ydinvoimalasta. Pratt & Whitneyssä he alkoivat heti tutkia kahta tällaisten järjestelmien versiota. Ensimmäinen merkitsi laitoksen ilmeisintä rakennetta ja toimintaa: jäähdytysneste kiertää ytimessä ja siirtää lämpöä suihkumoottorin vastaavaan osaan. Toisessa tapauksessa ehdotettiin ydinpolttoaineen jauhamista ja sijoittamista suoraan jäähdytysnesteeseen. Tällaisessa järjestelmässä polttoaine kiertäisi koko jäähdytyskiertoa pitkin, mutta ydinfissio tapahtuisi vain ytimessä. Sen piti saavuttaa tämä reaktorin ja putkilinjojen päätilavuuden oikean muodon avulla. Tutkimuksen tuloksena oli mahdollista määrittää tehokkain tällaisen putkijärjestelmän muoto ja koko jäähdytysnesteen kiertämiseksi polttoaineella, mikä varmisti reaktorin tehokkaan toiminnan ja auttoi tarjoamaan hyvän suojan säteilyltä.
Samaan aikaan kiertopolttoainejärjestelmä osoittautui liian monimutkaiseksi. Jatkokehitys seurasi pääasiassa "kiinteiden" polttoaine -elementtien polkua, joka pestiin metallisella jäähdytysnesteellä. Jälkimmäisenä tarkasteltiin erilaisia materiaaleja, mutta putkilinjojen korroosionkestävyyden ja nestemäisen metallin kierrätyksen vaikeudet eivät antaneet meille mahdollisuuden keskittyä metallin jäähdytysnesteeseen. Tämän seurauksena reaktori oli suunniteltava käyttämään erittäin ylikuumennettua vettä. Laskelmien mukaan veden olisi pitänyt nousta reaktorissa noin 810-820 ° C: n lämpötilaan. Sen pitämiseksi nestemäisessä tilassa oli välttämätöntä luoda noin 350 kg / cm2 paine järjestelmään. Järjestelmä osoittautui erittäin monimutkaiseksi, mutta paljon yksinkertaisemmaksi ja sopivammaksi kuin metallisella jäähdytysnesteellä varustettu reaktori. Vuoteen 1960 mennessä Pratt & Whitney oli valmistanut lentokoneiden ydinvoimalaitoksensa. Valmistelut aloitettiin valmiiden järjestelmien testaamiseksi, mutta lopulta näitä testejä ei suoritettu.
Surullinen loppu
NEPA- ja ANP-ohjelmat ovat auttaneet luomaan kymmeniä uusia tekniikoita sekä useita mielenkiintoisia taitoja. Niiden päätavoitetta - atomikoneen luomista - ei kuitenkaan voitu saavuttaa edes vuonna 1960 seuraavien vuosien aikana. Vuonna 1961 valtaan nousi J. Kennedy, joka kiinnostui välittömästi ilmailun ydinteknologian kehityksestä. Koska niitä ei noudatettu ja ohjelmien kustannukset saavuttivat täysin säädyttömiä arvoja, ANP: n ja kaikkien atomikäyttöisten lentokoneiden kohtalo osoittautui suureksi kysymykseksi. Yli puolentoista vuosikymmenen aikana yli miljardi dollaria käytettiin erilaisten testausyksiköiden tutkimukseen, suunnitteluun ja rakentamiseen. Samaan aikaan valmiiden lentokoneiden rakentaminen ydinvoimalla oli vielä kaukana tulevaisuudessa. Tietenkin lisäkustannukset rahaa ja aikaa voivat tuoda atomikoneen käytännön käyttöön. Kennedyn hallinto päätti kuitenkin toisin. ANP -ohjelman kustannukset kasvoivat jatkuvasti, mutta tulosta ei ollut. Lisäksi ballistiset ohjukset ovat täysin osoittaneet suuren potentiaalinsa. Vuoden 61 ensimmäisellä puoliskolla uusi presidentti allekirjoitti asiakirjan, jonka mukaan kaikki ydinvoimaloiden työ olisi pitänyt lopettaa. On syytä huomata, että vähän ennen 60-vuotta Pentagon teki kiistanalaisen päätöksen, jonka mukaan kaikki työt avoimilla voimalaitoksilla lopetettiin ja kaikki rahoitus osoitettiin "suljetuille" järjestelmille.
Huolimatta menestyksestä lentoliikenteen ydinvoimaloiden luomisessa, ANP -ohjelmaa pidettiin epäonnistuneena. Jonkin aikaa samanaikaisesti ANP: n kanssa kehitettiin lupaavien ohjusten ydinmoottoreita. Nämä hankkeet eivät kuitenkaan tuottaneet odotettua tulosta. Ajan myötä ne myös suljettiin, ja työt lentokoneiden ja ohjusten ydinvoimaloiden suuntaan pysähtyivät kokonaan. Ajoittain eri yksityiset yritykset yrittivät toteuttaa tällaista kehitystä omasta aloitteestaan, mutta mikään näistä hankkeista ei saanut valtion tukea. Amerikan johto, menettänyt uskonsa ydinvoimaloiden ilma-alusten näkymiin, alkoi kehittää ydinvoimalaitoksia laivastolle ja ydinvoimaloille.
