De ervaring die is opgedaan in de jaren 50-70 van de XX eeuw zal nog steeds nuttig zijn in de eenentwintigste eeuw
Het lijkt misschien vreemd dat kernenergie, die stevig geworteld is in de aarde, in de hydrosfeer en zelfs in de ruimte, geen wortel heeft geschoten in de lucht. Dit is het geval wanneer ogenschijnlijke veiligheidsoverwegingen (maar niet alleen die) zwaarder wogen dan de voor de hand liggende technische en operationele voordelen van de introductie van kerncentrales (NPS) in de luchtvaart.
Ondertussen kan de kans op ernstige gevolgen van incidenten met dergelijke vliegtuigen, mits perfect, nauwelijks groter worden geacht in vergelijking met ruimtesystemen die gebruikmaken van kerncentrales (NPP). En omwille van de objectiviteit is het de moeite waard eraan te herinneren: het ongeval van de Sovjet kunstmatige aardsatelliet Kosmos-954 van het type US-A, dat plaatsvond in 1978 met de val van zijn fragmenten op het grondgebied van Canada, dat plaatsvond in 1978, leidde niet tot de inperking van het maritieme ruimteverkennings- en doelaanduidingssysteem (MKRT's) "Legend", waarvan het element de US-A (17F16-K) apparaten was.
Aan de andere kant zijn de bedrijfsomstandigheden van een luchtvaartkerncentrale die is ontworpen om stuwkracht te creëren door warmte te genereren in een kernreactor die aan de lucht wordt geleverd in een gasturbinemotor, totaal anders dan die van satellietkerncentrales, die thermo-elektrische generatoren zijn. Tegenwoordig zijn er twee schematische diagrammen van een nucleair controlesysteem voor de luchtvaart voorgesteld - een open en een gesloten type. Het open type schema zorgt voor de verwarming van de perslucht door de compressor direct in de reactorkanalen met de daaropvolgende uitstroom door het straalmondstuk, en het gesloten type zorgt voor het verwarmen van de lucht met behulp van een warmtewisselaar, in een gesloten lus waarvan de koelvloeistof circuleert. Het gesloten circuit kan een of twee circuits zijn en vanuit het oogpunt van het waarborgen van de operationele veiligheid lijkt de tweede optie de meeste voorkeur, aangezien het reactorblok met het eerste circuit in een beschermende schokbestendige schaal kan worden geplaatst, de dichtheid waarvan catastrofale gevolgen bij vliegtuigongevallen worden voorkomen.
In gesloten luchtvaartkernsystemen kunnen drukwaterreactoren en snelle neutronenreactoren worden gebruikt. Bij het implementeren van een tweecircuitschema met een "snelle" reactor in het eerste circuit van de NPS, zouden zowel vloeibare alkalimetalen (natrium, lithium) als een inert gas (helium) als koelmiddel worden gebruikt, en in het tweede, alkalische metalen (vloeibaar natrium, eutectisch natriumsmelt, enz.) kalium).
IN LUCHT - REACTOR
Het idee om kernenergie te gebruiken in de luchtvaart werd in 1942 naar voren gebracht door een van de leiders van het Manhattan Project, Enrico Fermi. Ze raakte geïnteresseerd in het bevel over de Amerikaanse luchtmacht en in 1946 begonnen de Amerikanen aan het NEPA-project (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft), ontworpen om de mogelijkheden te bepalen voor het creëren van een bommenwerper en verkenningsvliegtuig met onbeperkt bereik.
Allereerst was het noodzakelijk om onderzoek te doen naar de stralingsbescherming van de bemanning en het grondpersoneel en om een probabilistisch-situationele beoordeling van mogelijke ongevallen te geven. Om de werkzaamheden te versnellen werd het NEPA-project in 1951 door de Amerikaanse luchtmacht uitgebreid tot het doelprogramma ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Binnen dit kader ontwikkelde het bedrijf General Electric een open circuit en het bedrijf Pratt-Whitney een gesloten YSU-circuit.
Voor het testen van de toekomstige luchtvaartkernreactor (uitsluitend in de modus van fysieke lanceringen) en biologische bescherming, was de seriële B-36H Peacemaker strategische bommenwerper van het bedrijf Convair bedoeld met zes zuiger- en vier turbojetmotoren. Het was geen nucleair vliegtuig, maar was gewoon een vliegend laboratorium, waar de reactor moest worden getest, maar werd aangeduid als NB-36H - Nuclear Bomber ("Atomic bomber"). De cockpit werd omgevormd tot een loden en rubberen capsule met een extra stalen en loden schild. Ter bescherming tegen neutronenstraling werden speciale panelen gevuld met water in de romp gestoken.
Het prototype vliegtuigreactor ARE (Aircraft Reactor Experiment), gecreëerd in 1954 door het Oak Ridge National Laboratory, werd 's werelds eerste homogene kernreactor met een capaciteit van 2,5 MW op brandstof uit een gesmolten zout - natriumfluoride en zirkonium en uraniumtetrafluorides.
Het voordeel van dit type reactoren ligt in de fundamentele onmogelijkheid van een ongeval met de vernietiging van de kern, en het brandstofzoutmengsel zelf, in het geval van een gesloten luchtvaart-NSU, zou als primair koelmiddel fungeren. Wanneer een gesmolten zout als koelmiddel wordt gebruikt, hoe hoger, in vergelijking met bijvoorbeeld vloeibaar natrium, de warmtecapaciteit van het gesmolten zout het gebruik van circulatiepompen van kleine afmetingen mogelijk maakt en profiteert van een afname van het metaalverbruik van de ontwerp van de reactorinstallatie als geheel, en de lage thermische geleidbaarheid had moeten zorgen voor de stabiliteit van de nucleaire vliegtuigmotor tegen plotselinge temperatuursprongen in het eerste circuit.
Op basis van de ARE-reactor hebben de Amerikanen een experimentele luchtvaart YSU HTRE (Heat Transfer Reactor Experiment) ontwikkeld. Zonder verder oponthoud ontwierp General Dynamics de X-39-kernmotor voor vliegtuigen op basis van de seriële J47-turbostraalmotor voor strategische bommenwerpers B-36 en B-47 "Stratojet" - in plaats van een verbrandingskamer werd de reactorkern erin geplaatst.
Convair was van plan de X-39 aan de X-6 te leveren - misschien zou het prototype de B-58 Hustler supersonische strategische bommenwerper zijn, die in 1956 zijn eerste vlucht maakte. Bovendien werd ook de atomaire versie van een ervaren subsonische bommenwerper van hetzelfde YB-60-bedrijf overwogen. De Amerikanen verlieten echter het nucleaire controlesysteem voor de luchtvaart met open circuit, aangezien de erosie van de wanden van de luchtkanalen van de X-39-reactorkern ertoe zal leiden dat het vliegtuig een radioactief spoor achterlaat en het milieu vervuilt.
De hoop op succes werd beloofd door de meer stralingsveilige kerncentrale van het gesloten type van het bedrijf Pratt-Whitney, bij de oprichting waarvan ook General Dynamics betrokken was. Voor deze motoren begon het bedrijf "Convair" met de bouw van het experimentele vliegtuig NX-2. Er werden zowel turbojet- als turbopropversies van kernbommenwerpers met dit type kerncentrales uitgewerkt.
De goedkeuring in 1959 van de intercontinentale ballistische raketten van Atlas, die doelen in de USSR vanuit de continentale Verenigde Staten konden raken, neutraliseerde echter het ANP-programma, vooral omdat productiemonsters van atoomvliegtuigen nauwelijks vóór 1970 zouden zijn verschenen. Als gevolg hiervan werden in maart 1961 alle werkzaamheden in dit gebied in de Verenigde Staten stopgezet door de persoonlijke beslissing van president John F. Kennedy, en werd er nooit een echt atoomvliegtuig gebouwd.
Het vluchtmonster van de vliegtuigreactor ASTR (Aircraft Shield Test Reactor), die zich in het bommencompartiment van het vlieglaboratorium NB-36H bevindt, was een snelle neutronenreactor van 1 MW die niet was aangesloten op de motoren en werkte op uraniumdioxide en gekoeld door een luchtstroom die door speciale luchtinlaten wordt gehaald. Van september 1955 tot maart 1957 maakte de NB-36H 47 vluchten met ASTR over onbewoonde gebieden van de staten New Mexico en Texas, waarna de auto nooit de lucht in werd getild.
Opgemerkt moet worden dat de Amerikaanse luchtmacht zich ook bezighield met het probleem van een kernmotor voor kruisraketten of, zoals tot de jaren zestig gebruikelijk was, voor projectielvliegtuigen. Als onderdeel van het Pluto-project heeft Livermore Laboratory twee monsters gemaakt van de Tory nucleaire straalmotor, die gepland was om te worden geïnstalleerd op de SLAM supersonische kruisraket. Het principe van "atomaire verwarming" van lucht door door de reactorkern te gaan was hier hetzelfde als in open-type nucleaire gasturbinemotoren, met slechts één verschil: de straalmotor heeft geen compressor en een turbine. Tories, met succes op de grond getest in 1961-1964, zijn de eerste en tot nu toe de enige echt werkende kerncentrales voor de luchtvaart (meer precies, raketten en luchtvaart). Maar ook dit project werd als hopeloos afgesloten tegen de achtergrond van successen bij het maken van ballistische raketten.
Inhalen en inhalen
Natuurlijk ontwikkelde het idee om kernenergie in de luchtvaart te gebruiken, onafhankelijk van de Amerikanen, zich ook in de USSR. Eigenlijk vermoedden ze in het Westen, niet zonder reden, dat dergelijk werk in de Sovjet-Unie werd uitgevoerd, maar met de eerste onthulling van het feit over hen raakten ze in een puinhoop. Op 1 december 1958 berichtte Aviation Week: De USSR bouwt een strategische bommenwerper met kernmotoren, die grote opwinding veroorzaakte in Amerika en zelfs hielp om de belangstelling voor het ANP-programma te behouden, dat al begon te vervagen. In de tekeningen bij het artikel beeldde de redactionele kunstenaar echter vrij nauwkeurig het M-50-vliegtuig van het experimentele ontwerpbureau VM Myasishchev af, dat op dat moment feitelijk werd ontwikkeld, met een volledig "futuristisch" uiterlijk, dat conventionele turbojetmotoren had. Het is trouwens niet bekend of deze publicatie werd gevolgd door een "confrontatie" in de KGB van de USSR: het werk aan de M-50 vond plaats in een sfeer van strikte geheimhouding, de bommenwerper maakte zijn eerste vlucht later dan de vermelding in de westerse pers, in oktober 1959, en de auto werd pas in juli 1961 op de luchtparade in Tushino aan het grote publiek gepresenteerd.
Wat de Sovjetpers betreft, werd voor het eerst over het atoomvlak in de meest algemene bewoordingen verteld door het tijdschrift "Technics - Youth" in nr. 8 voor 1955: "Atoomenergie wordt steeds vaker gebruikt in de industrie, energie, landbouw en medicijn. Maar de tijd is niet ver meer dat het in de luchtvaart zal worden gebruikt. Vanaf de vliegvelden stijgen gigantische machines gemakkelijk de lucht in. Nucleaire vliegtuigen zullen bijna zo lang kunnen vliegen als je wilt, zonder maandenlang naar de grond te zinken, en tientallen non-stop rond-de-wereldvluchten maken met supersonische snelheid." Het tijdschrift, dat zinspeelde op het militaire doel van het voertuig (civiele vliegtuigen hoeven niet in de lucht te zijn "zo lang als je wilt"), presenteerde niettemin een hypothetisch schema van een vrachtpassagiersvliegtuig met een open-type kerncentrale.
Het Myasishchevsky-collectief, en niet alleen, had echter inderdaad te maken met vliegtuigen met kerncentrales. Hoewel Sovjet-fysici sinds het einde van de jaren 40 de mogelijkheid van hun oprichting hebben bestudeerd, begon het praktische werk in deze richting in de Sovjet-Unie veel later dan in de VS, en het begin werd gelegd door het decreet van de Raad van Ministers van de USSR nr. 1561-868 van 12 augustus 1955. Volgens hem waren OKB-23 VM Myasishchev en OKB-156 A. N. Tupolev, evenals vliegtuigmotoren OKB-165 AM Lyulka en OKB-276 N. D. Kuznetsov belast met het ontwikkelen van strategische atoombommenwerpers.
De kernreactor van het vliegtuig is ontworpen onder toezicht van academici I. V. Kurchatov en A. P. Aleksandrov. Het doel was hetzelfde als dat van de Amerikanen: een auto krijgen die, na te zijn opgestegen van het grondgebied van het land, doelen overal ter wereld zou kunnen raken (in de eerste plaats natuurlijk in de VS).
Een kenmerk van het Sovjet-atoomluchtvaartprogramma was dat het doorging, zelfs toen het onderwerp al vergeten was in de Verenigde Staten.
Bij de totstandkoming van het nucleaire controlesysteem werden de open en gesloten schakelschema's grondig geanalyseerd. Dus, onder het open-type schema, dat de code "B" ontving, ontwikkelde het Lyulka Design Bureau twee soorten atoomturbostraalmotoren - axiaal, met de passage van de turbocompressoras door een ringvormige reactor, en "tuimelaars" - met een schacht buiten de reactor, gelegen in een gekromd stroompad. Op zijn beurt werkte het Kuznetsov Design Bureau aan de motoren volgens het gesloten "A" -schema.
Het Myasishchev Design Bureau begon onmiddellijk met het oplossen van de meest, schijnbaar moeilijke taak - het ontwerpen van atomaire supersnelle zware bommenwerpers. Zelfs vandaag de dag, als je kijkt naar de diagrammen van toekomstige auto's die eind jaren 50 zijn gemaakt, kun je zeker de kenmerken van de technische esthetiek van de 21e eeuw zien! Dit zijn de projecten van vliegtuigen "60", "60M" (nucleair watervliegtuig), "62" voor de Lyulkovsk-motoren van het "B" -schema, evenals "30" - al onder de motoren van Kuznetsov. De verwachte kenmerken van de "30" bommenwerper zijn indrukwekkend: maximale snelheid - 3600 km / u, kruissnelheid - 3000 km / u.
De zaak kwam echter niet tot het gedetailleerde ontwerp van het nucleaire vliegtuig van Myasishchev vanwege de liquidatie van OKB-23 in een onafhankelijke hoedanigheid en de introductie ervan in de raket en ruimte OKB-52 van VN Chelomey.
In de eerste fase van deelname aan het programma moest het Tupolev-team een vliegend laboratorium creëren dat vergelijkbaar was met de Amerikaanse NB-36H met een reactor aan boord. Kreeg de aanduiding Tu-95LAL, het werd gebouwd op basis van de seriële turboprop zware strategische bommenwerper Tu-95M. Onze reactor was, net als de Amerikaanse, niet gekoppeld aan de motoren van het draagvliegtuig. Het fundamentele verschil tussen de Sovjet-vliegtuigreactor en de Amerikaanse was dat deze watergekoeld was, met een veel lager vermogen (100 kW).
De huisreactor werd gekoeld door het water van het primaire circuit, dat op zijn beurt warmte afleverde aan het water van het secundaire circuit, dat werd gekoeld door de luchtstroom die door de luchtinlaat liep. Dit is hoe het schematische diagram van de NK-14A Kuznetsov atomaire turbopropmotor werd uitgewerkt.
Het Tu-95LAL vliegend nucleair laboratorium in 1961-1962 tilde de reactor 36 keer in de lucht, zowel in de operationele als in de "koude" toestand om de effectiviteit van het biologische beschermingssysteem en het effect van straling op de vliegtuigsystemen te bestuderen. Volgens de testresultaten merkte de voorzitter van het Staatscomité voor Luchtvaarttechnologie P. V. Dementyev echter op in zijn nota aan het leiderschap van het land in februari 1962: met YSU werd ontwikkeld in OKB-301 SA Lavochkin. - K. Ch.), aangezien het uitgevoerde onderzoekswerk onvoldoende is voor de ontwikkeling van prototypes van militair materieel, moet dit werk worden voortgezet."
Bij de ontwikkeling van de ontwerpreserve van OKB-156 ontwikkelde het Tupolev Design Bureau op basis van de Tu-95-bommenwerper een project van een experimenteel Tu-119-vliegtuig met NK-14A-atomaire turbopropmotoren. Aangezien de taak om een ultralangeafstandsbommenwerper te maken met de verschijning in de USSR van intercontinentale ballistische raketten en op zee gestationeerde ballistische raketten (op onderzeeërs) zijn kritische relevantie heeft verloren, beschouwden de Tupolevs de Tu-119 als een overgangsmodel op de weg naar het creëren van een nucleair anti-onderzeeërvliegtuig op basis van het langeafstandspassagiersvliegtuig Tu-114, dat ook "groeide" uit de Tu-95. Dit doel strookte redelijk met de bezorgdheid van de Sovjetleiders over de inzet door de Amerikanen in de jaren zestig van een onderzeeër kernraketsysteem met Polaris ICBM's en vervolgens Poseidon.
Het project van een dergelijk vliegtuig werd echter niet uitgevoerd. Bleef in de ontwerpfase en de plannen voor het creëren van een familie van Tupolev supersonische bommenwerpers met YSU onder de codenaam Tu-120, die, net als de atomaire luchtjager voor onderzeeërs, gepland waren om in de jaren '70 te worden getest …
Niettemin vond het Kremlin het idee om de marineluchtvaart een anti-onderzeeërvliegtuig te geven met een onbeperkt vliegbereik om NAVO-kernonderzeeërs in elk deel van de oceanen te bestrijden. Bovendien moest deze machine zoveel mogelijk munitie vervoeren van anti-onderzeeërwapens - raketten, torpedo's, dieptebommen (inclusief nucleair) en sonarboeien. Daarom viel de keuze op een zwaar militair transportvliegtuig An-22 "Antey" met een draagvermogen van 60 ton - 's werelds grootste wide-body turboprop-vliegtuig. Het toekomstige vliegtuig An-22PLO zou worden uitgerust met vier atoomturbopropmotoren NK-14A in plaats van de standaard NK-12MA.
Het programma voor het creëren van zo'n ongezien in een andere vloot van een gevleugelde machine kreeg de codenaam "Aist", en de reactor voor de NK-14A werd ontwikkeld onder leiding van academicus A. P. Aleksandrov. In 1972 begonnen tests van de reactor aan boord van het vlieglaboratorium An-22 (in totaal 23 vluchten), en er werd een conclusie getrokken over de veiligheid ervan bij normaal gebruik. En bij een ernstig ongeval werd overwogen om de reactoreenheid en het primaire circuit van het vallende vliegtuig te scheiden met een zachte parachutelanding.
Over het algemeen is de luchtvaartreactor "Aist" de meest perfecte prestatie geworden van nucleaire wetenschap en technologie in zijn toepassingsgebied.
Aangezien het op basis van het An-22-vliegtuig ook gepland was om een An-22R intercontinentaal strategisch luchtvaartraketsysteem te creëren met een R-27 onderzeese ballistische raket, is het duidelijk wat een krachtig potentieel zo'n vliegdekschip zou kunnen hebben als het overgebracht naar "atomaire stuwkracht" »Met NK-14A-motoren! En hoewel het niet tot de uitvoering van zowel het An-22PLO-project als het An-22R-project is gekomen, moet worden geconstateerd dat ons land de Verenigde Staten toch heeft ingehaald op het gebied van het realiseren van een luchtvaartkerncentrale.
Het lijdt geen twijfel dat deze ervaring, ondanks zijn exotisme, nog steeds nuttig kan zijn, maar op een hoger implementatieniveau.
De ontwikkeling van onbemande ultralange-afstandsverkennings- en aanvalsvliegtuigsystemen zou heel goed het pad kunnen volgen van het gebruik van nucleaire systemen erop - dergelijke veronderstellingen worden al in het buitenland gemaakt.
Wetenschappers voorspelden ook dat tegen het einde van deze eeuw waarschijnlijk miljoenen passagiers zullen worden vervoerd door nucleair aangedreven passagiersvliegtuigen. Naast de voor de hand liggende economische voordelen die gepaard gaan met het vervangen van luchtvaartkerosine door kernbrandstof, hebben we het over een sterke afname van de bijdrage van de luchtvaart, die met de overgang naar kernenergiesystemen de atmosfeer niet meer zal "verrijken" met koolstofdioxide, tegen het wereldwijde broeikaseffect.
Naar de mening van de auteur zouden nucleaire luchtvaartsystemen perfect passen in de commerciële luchtvaart-transportcomplexen van de toekomst op basis van superzware vrachtvliegtuigen: bijvoorbeeld dezelfde gigantische "luchtveerboot" M-90 met een laadvermogen van 400 ton, voorgesteld door de ontwerpers van de experimentele machinebouwfabriek genoemd naar VM Myasishchev.
Natuurlijk zijn er problemen met het veranderen van de publieke opinie ten gunste van nucleaire burgerluchtvaart. Ernstige problemen met betrekking tot het waarborgen van de nucleaire en antiterroristische veiligheid zullen ook moeten worden opgelost (trouwens, experts noemen de binnenlandse oplossing met het parachute "schieten" van de reactor in geval van nood). Maar de weg, meer dan een halve eeuw geleden geslagen, zal worden beheerst door de wandelaar.
