Eelmise sajandi viiekümnendad aastad olid tuumatehnoloogia kiire arengu periood. Suurriigid ehitasid oma tuumaarsenali, ehitades tuumaelektrijaamu, jäämurdjaid, allveelaevu ja sõjalaevu koos tuumaelektrijaamadega. Uued tehnoloogiad andsid palju lubadusi. Näiteks tuumaallveelaeval ei olnud sukeldumispiirkonnas mingeid piiranguid ristlusulatusele ning elektrijaama “tankimist” sai teha iga paari aasta tagant. Loomulikult oli tuumareaktoritel ka puudusi, kuid nende olemuslikud eelised kompenseerisid kõik ohutuskulud. Aja jooksul huvitas tuumaenergia süsteemide suur potentsiaal mitte ainult merevägede juhtimist, vaid ka sõjaväelist lennundust. Õhusõidukil, mille pardal on reaktor, võivad olla palju paremad lennuomadused kui bensiini- või petrooleumikaaslastel. Esiteks tõmbas sõjaväge sellise pommitaja, transpordilennuki või allveelaeva vastase lennuki teoreetiline lennuulatus.
1940. aastate lõpus said endised liitlased sõjas Saksamaa ja Jaapaniga - USA ja NSV Liit - ootamatult kibedateks vaenlasteks. Mõlema riigi vastastikuse asukoha geograafilised iseärasused nõudsid mandritevahelise ulatusega strateegiliste pommitajate loomist. Vana tehnoloogia ei suutnud juba praegu tagada aatommoona toimetamist teisele mandrile, mis nõudis uute lennukite loomist, raketitehnoloogia arendamist jne. Juba neljakümnendatel oli Ameerika inseneride peas küps mõte paigaldada lennukile tuumareaktor. Toonased arvutused näitasid, et B-29 pommitajaga kaalu, suuruse ja lennuparameetrite poolest võrreldav õhusõiduk suudab ühe tuumakütust tankides õhus veeta vähemalt viis tuhat tundi. Teisisõnu, isegi tolleaegsete ebatäiuslike tehnoloogiate korral suudaks tuumareaktor pardal vaid ühe tankimisega varustada lennukit kogu selle kasutusea jooksul.
Tolleaegsete hüpoteetiliste aatomolettide teine eelis oli temperatuurid, milleni reaktor jõudis. Tuumajaama õige projekteerimise korral oleks võimalik olemasolevaid turboreaktoreid täiustada, kuumutades reaktori abil tööainet. Seega tekkis võimalus suurendada mootori reaktiivgaaside energiat ja nende temperatuuri, mis tooks kaasa sellise mootori tõukejõu olulise suurenemise. Kõigi teoreetiliste kaalutluste ja arvutuste tulemusena on mõnes peas tuumamootoriga lennukid muutunud universaalseks ja võitmatuks aatomipommide kohaletoimetamise sõidukiks. Edasine praktiline töö aga jahutas selliste "unistajate" tuju.
NEPA programm
Veel 1946. aastal avas äsja moodustatud USA kaitseministeerium projekti NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Selle programmi eesmärk oli uurida lennukite jaoks mõeldud täiustatud tuumaelektrijaamade kõiki aspekte. Fairchild määrati NEPA programmi juhtivtöövõtjaks. Ta sai ülesandeks uurida strateegiliste pommitajate ja tuumaelektrijaamadega varustatud kiirluurelennukite väljavaateid ning kujundada nende välimust. Fairchildi töötajad otsustasid programmi kallal alustada kõige pakilisema küsimusega: pilootide ja hooldustöötajate turvalisusega. Selleks paigutati lendava laborina kasutatava pommitaja kaubaruumi mitme grammi raadiumiga kapsel. Osa tavalisest meeskonnast osalesid katselendudel ettevõtte töötajad, "relvastatud" Geigeri loenduritega. Vaatamata suhteliselt väikesele radioaktiivse metalli kogusele lastiruumis, ületas taustkiirgus lubatava taseme kõigis lennuki elamiskõlblikes mahtudes. Nende uuringute tulemusel pidid Fairchildi töötajad laskuma arvutustesse ja uurima, millist kaitset reaktor vajaks nõuetekohase ohutuse tagamiseks. Juba esialgsed arvutused on selgelt näidanud, et lennuk B-29 lihtsalt ei suuda sellist massi vedada ning olemasoleva kaubaruumi maht ei võimalda reaktorit paigutada ilma pommiriiulite demonteerimiseta. Teisisõnu, B-29 puhul tuleks valida pika lennuulatuse (ja isegi siis, väga kauges tulevikus) ja vähemalt mingisuguse kasuliku koormuse vahel.
Edasine töö õhusõiduki reaktori eelprojekti loomisel tõi kaasa uusi ja uusi probleeme. Pärast vastuvõetamatuid kaalu- ja suuruseparameetreid ilmnesid raskused reaktori juhtimisel lennu ajal, meeskonna ja struktuuri tõhusal kaitsmisel, energia ülekandel reaktorilt sõukruvidele jne. Lõpuks selgus, et isegi piisavalt tõsise kaitse korral võib reaktori kiirgus negatiivselt mõjutada lennuki võimsust ja isegi mootorite määrimist, rääkimata elektroonikaseadmetest ja meeskonnast. Eeltöö tulemuste kohaselt oli NEPA programm 1948. aastaks, vaatamata kulutatud kümnele miljonile dollarile, väga kaheldavate tulemustega. 48. aasta suvel toimus Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis kinnine konverents teemal lennukite tuumaelektrijaamade väljavaated. Pärast mitmeid vaidlusi ja konsultatsioone jõudsid üritusel osalenud insenerid ja teadlased järeldusele, et põhimõtteliselt on aatomilennukit võimalik luua, kuid selle esimesed lennud olid omistatud alles kuuekümnendate keskpaigale või isegi hilisemale ajale kuupäev.
MIT -i konverentsil teatati kahe avatud ja suletud tuumamootori kontseptsiooni loomisest. "Avatud" tuumareaktormootor oli omamoodi tavaline turboreaktiivmootor, millesse saabuvat õhku kuumutatakse kuuma tuumareaktori abil. Kuum õhk visati düüsi kaudu välja, pöörates samaaegselt turbiini. Viimane käivitas kompressori tiivikud. Kohe arutati sellise süsteemi puudusi. Kuna oli vaja õhuga kokku puutuda reaktori kütteosadega, tekitas kogu süsteemi tuumaohutus erilisi probleeme. Lisaks pidi õhusõiduki vastuvõetava paigutuse jaoks sellise mootori reaktor olema väga -väga väike, mis mõjutas selle võimsust ja kaitsetaset.
Suletud tüüpi tuumareaktormootor pidi töötama sarnaselt, selle erinevusega, et õhk mootori sees kuumeneb kokkupuutel reaktoriga ise, kuid spetsiaalses soojusvahetis. Otse reaktorist tehti sel juhul ettepanek teatud jahutusvedeliku soojendamiseks ja õhk pidi mootori sees oleva primaarahela radiaatoritega kokkupuutel temperatuuri tõusma. Turbiin ja kompressor jäid oma kohale ja töötasid täpselt samamoodi nagu turboreaktiividel või avatud tüüpi tuumamootoritel. Suletud ahelaga mootor ei seadnud reaktori mõõtmetele mingeid eripiiranguid ja võimaldas oluliselt vähendada heitkoguseid keskkonda. Teisest küljest oli eriliseks probleemiks jahutusvedeliku valik reaktori energia õhku ülekandmiseks. Erinevad jahutusvedelikud-vedelikud ei andnud õiget efektiivsust ja metallilised nõudsid enne mootori käivitamist eelsoojendust.
Konverentsi ajal pakuti välja mitmeid originaalseid meetodeid meeskonna kaitse taseme tõstmiseks. Esiteks puudutasid need sobiva konstruktsiooniga kandvate elementide loomist, mis kaitseksid meeskonda iseseisvalt reaktori kiirguse eest. Vähem optimistlikud teadlased soovitasid pilootidega või vähemalt nende reproduktiivfunktsiooniga mitte riskida. Seetõttu tehti ettepanek pakkuda võimalikult kõrgetasemelist kaitset ja värvata meeskonnad eakatelt lenduritelt. Lõpuks ilmusid ideed paljutõotava aatomilennuki varustamiseks kaugjuhtimissüsteemiga, et inimesed lennu ajal ei ohustaks üldse oma tervist. Viimase variandi arutelu käigus tekkis mõte paigutada meeskond väikesesse purilennukisse, mis pidi aatommootoriga lennuki taha pukseerima piisava pikkusega kaablile.
ANP programm
Konverents MIT-is, olles olnud ajurünnak, omas positiivset mõju aatommootoriga lennukite loomise programmi edasisele käigule. 1949. aasta keskel käivitas USA sõjavägi uue programmi nimega ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Seekord oli tööplaanis ettevalmistused täisväärtusliku lennuki loomiseks, mille pardal oli tuumajaam. Muude prioriteetide tõttu on programmi kaasatud ettevõtete nimekirja muudetud. Nii palgati Lockheed ja Convair paljutõotava lennuki lennuki kere arendajateks ning General Electricu ja Pratt & Whitney ülesandeks oli jätkata Fairchildi tööd tuumareaktormootori kallal.
ANP programmi varases staadiumis keskendus klient rohkem turvalisemale suletud mootorile, kuid General Electric viis sõjaväe- ja valitsusametnike poole "teavitamise". General Electricu töötajad püüdsid lihtsuse ja sellest tulenevalt avatud mootori odavuse poole. Neil õnnestus vastutajaid veenda ja selle tulemusena jagati ANP programmi sõidusuund kaheks sõltumatuks projektiks: General Electricu arendatud "avatud" mootor ja Pratt & Whitney suletud ahelaga mootor. Peagi suutis General Electric oma projekti läbi suruda ja saavutada selle jaoks eriprioriteedi ning sellest tulenevalt lisarahastuse.
ANP programmi käigus lisati juba olemasolevatele tuumamootorivalikutele veel üks. Seekord tehti ettepanek teha mootor, mis oma struktuurilt meenutab tuumaelektrijaama: reaktor soojendab vett ja saadud aur ajab turbiini. Viimane annab jõu propellerile. Selline süsteem, mille efektiivsus on teistega võrreldes madalam, osutus kiireima tootmise jaoks kõige lihtsamaks ja mugavamaks. Sellest hoolimata ei saanud see aatommootoriga õhusõidukite elektrijaama versioon peamiseks. Pärast mõningaid võrdlusi otsustasid klient ja ANP töövõtjad jätkata "avatud" ja "suletud" mootorite arendamist, jättes auruturbiini varuks.
Esimesed proovid
Aastatel 1951-52 lähenes ANP programm võimalusele ehitada esimene lennuki prototüüp. Aluseks võeti toona väljatöötamisel olnud pommitaja Convair YB-60, milleks oli B-36 sügav moderniseerimine pühkitud tiiva ja turboreaktiivmootoritega. Elektrijaam P-1 oli spetsiaalselt projekteeritud YB-60 jaoks. See põhines silindrilisel seadmel, mille sees oli reaktor. Tuumarajatis andis soojusvõimsust umbes 50 megavatti. Neli GE XJ53 turboreaktiivmootorit ühendati reaktoriga torustikusüsteemi kaudu. Pärast mootori kompressorit läbis õhk torusid reaktorisüdamikust mööda ja seal kuumutades visati düüsi kaudu välja. Arvutused näitasid, et õhust üksi ei piisa reaktori jahutamiseks, mistõttu viidi süsteemi sisse boorvee lahuse mahutid ja torud. Kõik reaktoriga ühendatud elektrijaamade süsteemid plaaniti paigaldada pommitaja tagumisse kaubaruumi, võimalikult kaugele elamiskõlblikest mahtudest.
YB-60 prototüüp
Väärib märkimist, et YB-60 lennukile plaaniti jätta ka kohalikud turboreaktiivmootorid. Fakt on see, et avatud ahelaga tuumamootorid saastavad keskkonda ja keegi ei lubaks seda teha lennuväljade või asulate vahetus läheduses. Lisaks oli tuumaelektrijaam tehniliste omaduste tõttu halb gaasireaktsioon. Seetõttu oli selle kasutamine mugav ja vastuvõetav ainult pikkade lendude jaoks kruiisikiirusel.
Teine ettevaatusabinõu, kuid teistsugune, oli kahe täiendava lendava labori loomine. Esimene neist, tähisega NB-36H ja õige nimi Crusader ("Crusader"), oli mõeldud meeskonna ohutuse kontrollimiseks. Seeriale B-36 paigaldati kaheteisttonnine kokpiti, mis oli kokku pandud paksudest terasplaatidest, pliipaneelidest ja 20 cm klaasist. Täiendavaks kaitseks oli kabiini taga booriga veepaak. Ristisõitja sabaosas, kabiinist samal kaugusel kui YB-60, paigaldati eksperimentaalne ASTR-reaktor (Aircraft Shield Test Reactor), mille võimsus oli umbes üks megavatti. Reaktor jahutati veega, mis viis südamiku soojuse kere välispinna soojusvahetitesse. ASTR reaktor ei täitnud ühtegi praktilist ülesannet ja töötas ainult eksperimentaalse kiirgusallikana.
NB-36H (X-6)
Labori NB-36H katselennud nägid välja sellised: piloodid tõstsid õhku summutatud reaktoriga lennuki, lendasid lähima kõrbe kohal asuvale katsealale, kus tehti kõik katsed. Katsete lõpus lülitati reaktor välja ja lennuk pöördus tagasi baasi. Koos ristisõdijaga startis Carswelli lennuväljalt veel üks pommitaja B-36 koos mõõteriistade ja transpordiga koos merejalaväe langevarjuritega. Lennuki prototüübi allakukkumise korral pidid merejalaväelased maanduma vraki kõrvale, piirkonnast piirama ja osalema õnnetuse tagajärgede likvideerimisel. Õnneks tegid kõik 47 töötava reaktoriga lendu ilma sunniviisilise päästemaandumiseta. Katselennud on näidanud, et tuumajõul töötav õhusõiduk ei kujuta endast nõuetekohase toimimise ja vahejuhtumita loomulikult tõsist ohtu keskkonnale.
Teine lendav labor, mille nimi oli X-6, pidi samuti ümber ehitama pommitaja B-36. Nad kavatsesid sellele lennukile paigaldada kokpiti, sarnaselt "ristisõdija" üksusega, ja paigaldada kere keskele tuumaelektrijaama. Viimane oli konstrueeritud üksuse P-1 baasil ja varustatud uute mootoritega GE XJ39, mis on loodud turboreaktiivide J47 baasil. Kõigi nelja mootori tõukejõud oli 3100 kgf. Huvitav on see, et tuumaelektrijaam oli monoblokk, mis oli mõeldud paigaldamiseks lennukile vahetult enne lendu. Pärast maandumist plaaniti X-6 sõita spetsiaalselt varustatud angaari, eemaldada reaktor mootoritega ja paigutada spetsiaalsesse hoiukohta. Selles tööetapis loodi ka spetsiaalne puhastusüksus. Fakt on see, et pärast reaktiivmootorite kompressorite väljalülitamist lakkas reaktor piisavalt tõhusalt jahutamast ja oli vaja täiendavaid vahendeid reaktori ohutu väljalülitamise tagamiseks.
Lennueelne kontroll
Enne täieõigusliku tuumaelektrijaamaga õhusõidukite lendude algust otsustasid Ameerika insenerid teha asjakohaseid uuringuid maapealsetes laborites. 1955. aastal pandi kokku katseinstallatsioon HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments). Viiekümnetonnine agregaat pandi kokku raudteeplatvormi alusel. Seega võiks enne katsete alustamist selle inimestelt ära võtta. Seadmes HTRE-1 kasutati varjestatud kompaktset uraanireaktorit, milles kasutati berülliumi ja elavhõbedat. Samuti paigutati platvormile kaks JX39 mootorit. Neid hakati kasutama petrooleumi abil, seejärel saavutasid mootorid töökiiruse, misjärel juhtpaneeli käsul suunati kompressori õhk reaktori tööpiirkonda. Tüüpiline katse HTRE-1-ga kestis mitu tundi, simuleerides pommitaja pikka lendu. 56. keskpaigaks saavutas katseüksus soojusvõimsuse üle 20 megavatti.
HTRE-1
Seejärel kujundati HTRE-1 seade ümber vastavalt uuendatud projektile, mille järgi sai selle nimeks HTRE-2. Uus reaktor ja uued tehnilised lahendused andsid võimsuse 14 MW. Katseelektrijaama teine versioon oli aga lennukitele paigaldamiseks liiga suur. Seetõttu alustati 1957. aastaks HTRE-3 süsteemi projekteerimist. See oli sügavalt moderniseeritud P-1 süsteem, mis oli kohandatud töötama kahe turboreaktiivmootoriga. Kompaktne ja kerge HTRE-3 süsteem andis 35 megavatti soojusvõimsust. 1958. aasta kevadel alustati maapealse katsekompleksi kolmanda versiooni katseid, mis kinnitasid täielikult kõiki arvutusi ja mis kõige tähtsam - sellise elektrijaama väljavaateid.
Raske suletud ahel
Kui General Electric seadis esikohale avatud vooluahelaga mootorid, siis Pratt & Whitney ei raisanud aega oma suletud tuumaelektrijaama versiooni väljatöötamisele. Pratt & Whitney's hakkasid nad kohe uurima selliste süsteemide kahte varianti. Esimene tähendas rajatise kõige ilmsemat struktuuri ja toimimist: jahutusvedelik ringleb südamikus ja kannab soojust reaktiivmootori vastavasse ossa. Teisel juhul tehti ettepanek tuumakütust jahvatada ja asetada see otse jahutusvedelikku. Sellises süsteemis ringleks kütus kogu jahutusvedeliku ringis, kuid tuuma lõhustumine toimuks ainult südamikus. Seda pidi saavutama reaktori ja torujuhtmete põhimahu õige kuju abil. Uuringu tulemusena oli võimalik kindlaks määrata sellise torujuhtmete süsteemi kõige tõhusamad vormid ja suurused jahutusvedeliku ringlemiseks ringlusse kütusega, mis tagas reaktori tõhusa töö ja aitas tagada hea kiirguse eest kaitsmise..
Samas osutus ringleva kütuse süsteem liiga keeruliseks. Edasine areng järgis peamiselt metallist jahutusvedelikuga pestud "statsionaarsete" kütuseelementide rada. Viimasena käsitleti mitmesuguseid materjale, kuid raskused torujuhtmete korrosioonikindlusega ja vedela metalli ringluse tagamine ei võimaldanud meil metalli jahutusvedelikul peatuda. Seetõttu tuli reaktor kavandada nii, et see kasutaks väga ülekuumenenud vett. Arvutuste kohaselt pidanuks vesi reaktoris saavutama umbes 810-820 ° temperatuuri. Selle vedelas olekus hoidmiseks oli vaja luua süsteemis rõhk umbes 350 kg / cm2. Süsteem osutus väga keerukaks, kuid palju lihtsamaks ja sobivamaks kui metallist jahutusvedelikuga reaktor. 1960. aastaks olid Pratt & Whitney lõpetanud lennukite tuumajaama ehitustööd. Alustati ettevalmistusi valmis süsteemi testimiseks, kuid lõpuks neid katseid ei toimunud.
Kurb lõpp
NEPA ja ANP programmid on aidanud luua kümneid uusi tehnoloogiaid ning mitmeid huvitavaid teadmisi. Nende peamist eesmärki - aatomlennuki loomist - ei suudetud aga isegi 1960. aastal järgmise paari aasta jooksul saavutada. 1961. aastal tuli võimule J. Kennedy, kes hakkas kohe huvi tundma lennunduse tuumatehnoloogia edusammude vastu. Kuna neid ei täheldatud ja programmide kulud saavutasid täiesti rõvedad väärtused, osutus ANP ja kõigi aatommootoriga lennukite saatus suureks küsimuseks. Üle pooleteise aastakümne kulus erinevate katseüksuste uurimiseks, projekteerimiseks ja ehitamiseks üle miljardi dollari. Samas oli tuumaelektrijaamaga valmis lennuki ehitamine veel kauge tuleviku küsimus. Loomulikult võivad täiendavad raha- ja ajakulud tuua aatomlennukid praktilisse kasutusse. Kennedy administratsioon otsustas aga teisiti. ANP programmi maksumus kasvas pidevalt, kuid tulemust polnud. Lisaks on ballistilised raketid täielikult tõestanud oma suurt potentsiaali. 61. aasta esimesel poolel allkirjastas uus president dokumendi, mille kohaselt oleks pidanud lõpetama kogu töö aatommootoriga lennukitel. Väärib märkimist, et veidi enne seda, 60. aastal, tegi Pentagon vastuolulise otsuse, mille kohaselt peatati kogu töö avatud tüüpi elektrijaamade kallal ja kogu raha eraldati “suletud” süsteemidele.
Hoolimata teatavatest edusammudest lennundusele tuumaelektrijaamade loomisel, peeti ANP programmi ebaõnnestunuks. Mõnda aega töötati koos ANP -ga välja paljulubavate rakettide tuumamootoreid. Need projektid aga ei andnud oodatud tulemust. Aja jooksul suleti need ka ning töö lennukite ja rakettide tuumaelektrijaamade suunas peatati täielikult. Aeg -ajalt üritasid erinevad eraettevõtted omal algatusel selliseid arendusi läbi viia, kuid ükski neist projektidest ei saanud valitsuse toetust. Ameerika juhtkond, olles kaotanud usu aatommootoriga õhusõidukite väljavaadetesse, hakkas arendama tuumaelektrijaamu laevastikule ja tuumaelektrijaamadele.
