Pagājušā gadsimta piecdesmitie gadi bija kodoltehnoloģijas straujas attīstības periods. Lielvaras uzcēla savus kodolieroču arsenālus, ceļā uzbūvējot atomelektrostacijas, ledlaužus, zemūdenes un karakuģus. Jaunās tehnoloģijas bija daudzsološas. Piemēram, kodolzemūdenei nebija nekādu ierobežojumu attiecībā uz kreisēšanas diapazonu iegremdētā stāvoklī, un spēkstacijas “uzpildīšanu” varēja veikt ik pēc dažiem gadiem. Protams, kodolreaktoriem bija arī trūkumi, taču to raksturīgās priekšrocības vairāk nekā kompensēja visas drošības izmaksas. Laika gaitā kodolenerģijas sistēmu lielais potenciāls ieinteresēja ne tikai jūras spēku, bet arī militārās aviācijas vadību. Lidmašīnai ar reaktoru varētu būt daudz labākas lidojuma īpašības nekā tās benzīna vai petrolejas kolēģiem. Pirmkārt, militāro spēku piesaistīja šāda bumbvedēja, transporta lidmašīnas vai pretzemūdeņu lidmašīnas teorētiskais lidojuma diapazons.
40. gadu beigās bijušie sabiedrotie karā ar Vāciju un Japānu - ASV un PSRS - pēkšņi kļuva par rūgti ienaidniekiem. Abu valstu savstarpējās atrašanās vietas ģeogrāfiskās iezīmes prasīja izveidot stratēģiskus bumbvedējus ar starpkontinentālu diapazonu. Vecā tehnoloģija jau nespēja nodrošināt atomu munīcijas piegādi citam kontinentam, kas prasīja jaunu lidmašīnu izveidi, raķešu tehnoloģiju attīstību utt. Jau četrdesmitajos gados ideja par kodolreaktora uzstādīšanu lidmašīnā bija nobriedusi amerikāņu inženieru prātos. Tā laika aprēķini parādīja, ka lidmašīna, kas pēc svara, izmēra un lidojuma parametriem ir salīdzināma ar bumbvedēju B-29, vienā kodoldegvielas uzpildīšanas reizē var pavadīt vismaz piecus tūkstošus stundu gaisā. Citiem vārdiem sakot, pat ar tā laika nepilnīgajām tehnoloģijām kodolreaktors ar vienu degvielas uzpildi varētu nodrošināt lidmašīnu ar enerģiju visā tās ekspluatācijas laikā.
Tā laika hipotētisko atomulešu otrā priekšrocība bija temperatūra, ko sasniedza reaktors. Pareizi projektējot atomelektrostaciju, būtu iespējams uzlabot esošos turboreaktīvos dzinējus, uzkarsējot darba vielu ar reaktora palīdzību. Tādējādi kļuva iespējams palielināt dzinēja reaktīvo gāzu enerģiju un to temperatūru, kas ievērojami palielinātu šāda dzinēja vilces spēku. Visu teorētisko apsvērumu un aprēķinu rezultātā lidmašīnas ar kodoldzinējiem dažās galvās ir pārvērtušās par universālu un neuzvaramu atombumbu piegādes transportlīdzekli. Tomēr turpmākie praktiskie darbi atdzesēja šādu "sapņotāju" degsmi.
NEPA programma
Vēl 1946. gadā jaunizveidotais ASV Aizsardzības departaments atklāja projektu NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft). Šīs programmas mērķis bija izpētīt visus uzlaboto lidmašīnu atomelektrostaciju aspektus. Fērčilds tika iecelts par NEPA programmas galveno darbuzņēmēju. Viņai tika uzdots izpētīt stratēģisko bumbvedēju un ātrgaitas izlūkošanas lidmašīnu, kas aprīkotas ar atomelektrostacijām, izredzes, kā arī veidot pēdējo izskatu. Fairchild darbinieki nolēma sākt darbu pie programmas ar visaktuālāko jautājumu: pilotu un apkopes personāla drošību. Šim nolūkam bumbvedēja kravas nodalījumā, kas tika izmantots kā lidojošā laboratorija, tika ievietota kapsula ar vairākiem gramiem rādija. Parastās apkalpes daļas vietā eksperimentālajos lidojumos piedalījās uzņēmuma darbinieki, "bruņojušies" ar Ģēģera skaitītājiem. Neskatoties uz salīdzinoši nelielo radioaktīvā metāla daudzumu kravas nodalījumā, fona starojums pārsniedza pieļaujamo līmeni visos lidaparāta apdzīvojamajos apjomos. Šo pētījumu rezultātā Fairchild darbiniekiem nācās ķerties pie aprēķiniem un noskaidrot, kāda aizsardzība reaktoram būtu nepieciešama, lai nodrošinātu pienācīgu drošību. Jau sākotnējie aprēķini skaidri parādīja, ka lidmašīna B-29 vienkārši nespēs pārvadāt šādu masu, un esošā kravas nodalījuma tilpums neļaus novietot reaktoru, neizjaucot bumbu plauktus. Citiem vārdiem sakot, B-29 gadījumā būtu jāizvēlas starp lielu lidojuma diapazonu (un pat tad, ļoti tālā nākotnē) un vismaz kādu kravu.
Turpmākais darbs pie lidmašīnas reaktora sākotnējās konstrukcijas izveides radīja jaunas un jaunas problēmas. Ievērojot nepieņemamos svara un izmēru parametrus, radās grūtības ar reaktora vadību lidojuma laikā, efektīvu apkalpes un struktūras aizsardzību, jaudas nodošanu no reaktora uz dzenskrūvēm utt. Visbeidzot, izrādījās, ka pat ar pietiekami nopietnu aizsardzību reaktora starojums var negatīvi ietekmēt lidmašīnas jaudas komplektu un pat dzinēju eļļošanu, nemaz nerunājot par elektronisko aprīkojumu un apkalpi. Saskaņā ar sākotnējā darba rezultātiem NEPA programmai līdz 1948. gadam, neskatoties uz iztērētajiem desmit miljoniem dolāru, bija ļoti apšaubāmi rezultāti. 48. gada vasarā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā notika slēgta konference par gaisa kuģu atomelektrostaciju perspektīvām. Pēc vairākiem strīdiem un konsultācijām inženieri un zinātnieki, kas piedalījās pasākumā, nonāca pie secinājuma, ka principā ir iespējams izveidot atomu lidmašīnu, taču tās pirmie lidojumi tika attiecināti tikai uz sešdesmito gadu vidu vai pat vēlāku laiku datums.
MIT konferencē tika paziņots par divu koncepciju izveidi progresīviem kodoldzinējiem - atvērtu un slēgtu. "Atvērtais" kodolreaktīvais dzinējs bija sava veida parastais turboreaktīvais dzinējs, kurā ienākošo gaisu silda, izmantojot karstu kodolreaktoru. Karstais gaiss tika izmests caur sprauslu, vienlaikus rotējot turbīnu. Pēdējie iedarbināja kompresora lāpstiņriteņus. Tūlīt tika apspriesti šādas sistēmas trūkumi. Sakarā ar nepieciešamību pēc gaisa kontakta ar reaktora sildošajām daļām, visas sistēmas kodoldrošība radīja īpašas problēmas. Turklāt, lai pieņemtu lidmašīnas izkārtojumu, šāda dzinēja reaktoram bija jābūt ļoti, ļoti mazam, kas ietekmēja tā jaudu un aizsardzības līmeni.
Slēgta tipa kodolreaktīvajam dzinējam bija jādarbojas līdzīgi, ar atšķirību, ka gaiss motora iekšpusē sasilst saskarē ar pašu reaktoru, bet īpašā siltummainī. Tieši no reaktora šajā gadījumā tika ierosināts uzsildīt noteiktu dzesēšanas šķidrumu, un gaisam, saskaroties ar motora iekšējās primārās ķēdes radiatoriem, vajadzēja iegūt temperatūru. Turbīna un kompresors palika savā vietā un darbojās tieši tāpat kā ar turboreaktīviem vai atvērtā tipa kodoldzinējiem. Slēgtās ķēdes dzinējs neuzlika īpašus ierobežojumus reaktora izmēriem un ļāva ievērojami samazināt emisijas vidē. No otras puses, īpaša problēma bija dzesēšanas šķidruma izvēle reaktora enerģijas pārnešanai gaisā. Dažādi dzesēšanas šķidrumi-šķidrumi nenodrošināja pareizu efektivitāti, un metālam pirms motora iedarbināšanas bija nepieciešama iepriekšēja uzsildīšana.
Konferences laikā tika piedāvātas vairākas oriģinālas metodes apkalpes aizsardzības līmeņa paaugstināšanai. Pirmkārt, tie attiecās uz atbilstošas konstrukcijas nesošo elementu izveidi, kas neatkarīgi pasargātu apkalpi no reaktora starojuma. Mazāk optimistiski zinātnieki ieteica neriskēt ar pilotiem vai vismaz ar viņu reproduktīvo funkciju. Tāpēc tika izteikts priekšlikums nodrošināt visaugstāko iespējamo aizsardzības līmeni un pieņemt darbā ekipāžas no gados vecākiem pilotiem. Visbeidzot, parādījās idejas par daudzsološa atomu lidmašīnas aprīkošanu ar tālvadības sistēmu, lai cilvēki lidojuma laikā vispār neriskētu ar savu veselību. Apspriežot pēdējo variantu, radās ideja apkalpi ievietot nelielā planierā, kuru vajadzēja vilkt aiz atomu darbināmas lidmašīnas uz pietiekama garuma kabeļa.
ANP programma
Konference MIT, kas bija sava veida prāta vētra, pozitīvi ietekmēja ar atomu darbināmu lidmašīnu radīšanas programmas turpmāko gaitu. 1949. gada vidū ASV armija uzsāka jaunu programmu ar nosaukumu ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Šoreiz darba plāns ietvēra sagatavošanos pilnvērtīgas lidmašīnas izveidošanai ar atomelektrostaciju uz kuģa. Citu prioritāšu dēļ programmā iesaistīto uzņēmumu saraksts ir mainīts. Tādējādi Lockheed un Convair tika pieņemti darbā kā daudzsološas lidmašīnas korpusa izstrādātāji, un General Electric un Pratt & Whitney tika uzdots turpināt Fairchild darbu pie kodolreaktīvā dzinēja.
ANP programmas sākumposmā klients vairāk koncentrējās uz drošāku slēgtu dzinēju, bet General Electric veica militārpersonu un valsts amatpersonu “informēšanu”. General Electric darbinieki centās pēc vienkāršības un līdz ar to atvērtā dzinēja lētuma. Viņiem izdevās pārliecināt atbildīgos, un tā rezultātā ANP programmas braukšanas virziens tika sadalīts divos neatkarīgos projektos: "atvērts" dzinējs, ko izstrādāja General Electric, un slēgtās ķēdes motors no Pratt & Whitney. Drīzumā General Electric varēja īstenot savu projektu un sasniegt tam īpašu prioritāti un rezultātā papildu finansējumu.
ANP programmas gaitā jau esošajām kodoldzinēju iespējām tika pievienota vēl viena. Šoreiz tika ierosināts izgatavot motoru, kas pēc savas struktūras atgādina atomelektrostaciju: reaktors silda ūdeni, un iegūtais tvaiks dzen turbīnu. Pēdējais nodod jaudu dzenskrūvei. Šāda sistēma ar zemāku efektivitāti salīdzinājumā ar citām izrādījās visvienkāršākā un ērtākā ātrākajai ražošanai. Neskatoties uz to, šī atomelektrostaciju spēkstacijas versija nekļuva par galveno. Pēc dažiem salīdzinājumiem klients un ANP darbuzņēmēji nolēma turpināt attīstīt "atvērtus" un "slēgtus" dzinējus, atstājot tvaika turbīnu kā rezerves daļu.
Pirmie paraugi
1951.-1952.gadā ANP programma pietuvojās iespējai uzbūvēt pirmo lidmašīnas prototipu. Par pamatu tam tika ņemts bumbvedējs Convair YB-60, kas tika izstrādāts tajā laikā, kas bija dziļa B-36 modernizācija ar spārnu un turboreaktīvo dzinēju. Elektrostacija P-1 tika īpaši izstrādāta YB-60. Tā pamatā bija cilindriska iekārta, kuras iekšpusē bija reaktors. Kodoliekārta nodrošināja aptuveni 50 megavatu siltuma jaudu. Četri GE XJ53 turboreaktīvie dzinēji tika savienoti ar reaktoru caur cauruļvadu sistēmu. Pēc dzinēja kompresora gaiss izgāja caur caurulēm gar reaktora serdi un, tur uzkarsis, tika izmests caur sprauslu. Aprēķini parādīja, ka ar gaisu vien nepietiks, lai atdzesētu reaktoru, tāpēc sistēmā tika ievadītas tvertnes un caurules bora ūdens šķīdumam. Visas spēkstaciju sistēmas, kas pievienotas reaktoram, bija plānots uzstādīt bumbvedēja aizmugurējā kravas nodalījumā, cik vien iespējams no apdzīvojamiem tilpumiem.
YB-60 prototips
Ir vērts atzīmēt, ka tika plānots atstāt arī YB-60 lidmašīnas vietējos turboreaktīvos dzinējus. Fakts ir tāds, ka atvērtās ķēdes kodolmotori piesārņo vidi, un neviens neļautu to darīt lidlauku vai apdzīvotu vietu tiešā tuvumā. Turklāt atomelektrostacijai tehnisko īpašību dēļ bija slikta droseļvārsta reakcija. Tāpēc tā lietošana bija ērta un pieņemama tikai gariem lidojumiem ar kreisēšanas ātrumu.
Vēl viens piesardzības pasākums, bet atšķirīgs, bija divu papildu lidojošo laboratoriju izveide. Pirmais no tiem, apzīmēts ar NB-36H un īpašvārds Crusader ("Crusader"), bija paredzēts, lai pārbaudītu apkalpes drošību. Sērijā B-36 tika uzstādīts divpadsmit tonnu pilota kabīnes komplekts, kas samontēts no biezām tērauda plāksnēm, svina paneļiem un 20 cm stikla. Papildu aizsardzībai aiz kabīnes bija ūdens tvertne ar boru. Krustnešu astes daļā, tādā pašā attālumā no kabīnes kā YB-60, tika uzstādīts eksperimentāls ASTR reaktors (Aircraft Shield Test Reactor) ar jaudu aptuveni vienu megavatu. Reaktoru atdzesēja ar ūdeni, kas pārnesa serdes siltumu uz siltummaiņiem uz fizelāžas ārējās virsmas. ASTR reaktors neveica praktiskus uzdevumus un strādāja tikai kā eksperimentāls starojuma avots.
NB-36H (X-6)
Laboratorijas NB-36H pārbaudes lidojumi izskatījās šādi: piloti pacēla gaisā lidmašīnu ar slāpētu reaktoru, lidoja uz testa zonu virs tuvākā tuksneša, kur tika veikti visi eksperimenti. Eksperimentu beigās reaktors tika izslēgts, un lidmašīna atgriezās bāzē. Kopā ar krustnešiem no Carswell lidlauka pacēlās vēl viens bumbvedējs B-36 ar instrumentiem un transportu ar jūras desantniekiem. Lidmašīnas prototipa avārijas gadījumā jūras kājniekiem bija jānosēžas blakus drupām, norobežota teritorija un jāpiedalās negadījuma seku likvidēšanā. Par laimi, visi 47 lidojumi ar strādājošu reaktoru iztika bez piespiedu glābšanas nosēšanās. Pārbaudes lidojumi parādīja, ka ar kodolenerģiju darbināms lidaparāts nerada nopietnus draudus videi, protams, ar pienācīgu darbību un bez starpgadījumiem.
Otra lidojošā laboratorija ar nosaukumu X-6 bija jāpārveido arī no bumbvedēja B-36. Viņi gatavojās šajā lidmašīnā uzstādīt kabīni, līdzīgu "krustnešu" vienībai, un fizelāžas vidū uzstādīt atomelektrostaciju. Pēdējais tika izstrādāts, pamatojoties uz vienību P-1, un bija aprīkots ar jauniem GE XJ39 dzinējiem, kas izveidoti, pamatojoties uz J47 turboreaktīviem. Katra no četriem dzinējiem vilce bija 3100 kgf. Interesanti, ka atomelektrostacija bija monobloks, kas paredzēts uzstādīšanai lidmašīnā tieši pirms lidojuma. Pēc nosēšanās bija plānots ievest X-6 speciāli aprīkotā angārā, izņemt reaktoru ar dzinējiem un ievietot īpašā uzglabāšanas vietā. Šajā darba posmā tika izveidota arī īpaša attīrīšanas vienība. Fakts ir tāds, ka pēc reaktīvo dzinēju kompresoru izslēgšanas reaktors pārstāja dzesēt ar pietiekamu efektivitāti, un bija nepieciešami papildu līdzekļi, lai nodrošinātu drošu reaktora izslēgšanu.
Pārbaude pirms lidojuma
Pirms lidmašīnu ar pilnvērtīgu atomelektrostaciju lidojumu sākuma amerikāņu inženieri nolēma veikt atbilstošus pētījumus uz zemes esošās laboratorijās. 1955. gadā tika samontēta eksperimentāla instalācija HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments). Piecdesmit tonnu vienība tika samontēta, pamatojoties uz dzelzceļa platformu. Tādējādi pirms eksperimentu uzsākšanas to varēja atņemt cilvēkiem. HTRE-1 vienībā tika izmantots ekranēts kompakts urāna reaktors, izmantojot beriliju un dzīvsudrabu. Tāpat uz platformas tika novietoti divi JX39 dzinēji. Tos sāka izmantot ar petroleju, pēc tam dzinēji sasniedza darba ātrumu, pēc kura pēc vadības paneļa komandas gaiss no kompresora tika novirzīts uz reaktora darba zonu. Tipisks eksperiments ar HTRE-1 ilga vairākas stundas, imitējot garu bumbvedēja lidojumu. 56. gada vidū eksperimentālā vienība sasniedza vairāk nekā 20 megavatu siltuma jaudu.
HTRE-1
Pēc tam HTRE-1 vienība tika pārveidota saskaņā ar atjaunināto projektu, pēc kura tā tika nosaukta par HTRE-2. Jaunais reaktors un jaunie tehniskie risinājumi nodrošināja jaudu 14 MW. Tomēr eksperimentālās spēkstacijas otrā versija bija pārāk liela, lai to varētu uzstādīt lidmašīnās. Tāpēc līdz 1957. gadam sākās HTRE-3 sistēmas projektēšana. Tā bija dziļi modernizēta P-1 sistēma, kas pielāgota darbam ar diviem turboreaktīviem dzinējiem. Kompakta un viegla HTRE-3 sistēma nodrošināja 35 megavatu siltuma jaudu. 1958. gada pavasarī sākās zemes izmēģinājumu kompleksa trešās versijas testi, kas pilnībā apstiprināja visus aprēķinus un, pats galvenais, šādas elektrostacijas izredzes.
Grūti slēgta ķēde
Kamēr General Electric par prioritāti uzskatīja atvērtās ķēdes dzinējus, Pratt & Whitney netērēja laiku, lai izstrādātu savu slēgtās atomelektrostacijas versiju. Uzņēmumā Pratt & Whitney viņi nekavējoties sāka izmeklēt divus šādu sistēmu variantus. Pirmais nozīmēja visredzamāko iekārtas struktūru un darbību: dzesēšanas šķidrums cirkulē kodolā un nodod siltumu attiecīgajai reaktīvā dzinēja daļai. Otrajā gadījumā tika ierosināts sasmalcināt kodoldegvielu un ievietot to tieši dzesēšanas šķidrumā. Šādā sistēmā degviela cirkulētu pa visu dzesēšanas šķidruma ķēdi, tomēr kodola skaldīšana notiktu tikai kodolā. Tam vajadzēja to sasniegt, izmantojot pareizu galvenā reaktora un cauruļvadu tilpuma formu. Pētījuma rezultātā bija iespējams noteikt visefektīvākās formas un izmērus šādai cauruļvadu sistēmai dzesēšanas šķidruma cirkulācijai ar degvielu, kas nodrošināja efektīvu reaktora darbību un palīdzēja nodrošināt labu aizsardzību pret starojumu.
Tajā pašā laikā cirkulējošā degvielas sistēma izrādījās pārāk sarežģīta. Turpmākā attīstība galvenokārt sekoja "stacionāro" degvielas elementu ceļam, ko mazgāja metāla dzesēšanas šķidrums. Kā pēdējais tika ņemti vērā dažādi materiāli, tomēr grūtības ar cauruļvadu izturību pret koroziju un šķidrā metāla cirkulācijas nodrošināšana neļāva mums pakavēties pie metāla dzesēšanas šķidruma. Rezultātā reaktors bija jāprojektē tā, lai izmantotu ļoti pārkarsētu ūdeni. Saskaņā ar aprēķiniem ūdens reaktoram vajadzēja sasniegt aptuveni 810-820 ° temperatūru. Lai to noturētu šķidrā stāvoklī, bija nepieciešams sistēmā izveidot spiedienu aptuveni 350 kg / cm2. Sistēma izrādījās ļoti sarežģīta, taču daudz vienkāršāka un piemērotāka nekā reaktors ar metāla dzesēšanas šķidrumu. Līdz 1960. gadam Pratt & Whitney bija pabeiguši darbu pie lidmašīnu atomelektrostacijas. Sākās gatavošanās gatavās sistēmas pārbaudei, bet galu galā šie testi nenotika.
Skumjas beigas
NEPA un ANP programmas ir palīdzējušas radīt desmitiem jaunu tehnoloģiju, kā arī vairākas interesantas zināšanas. Tomēr to galveno mērķi - atomu lidmašīnas izveidi - pat 1960. gadā nevarēja sasniegt tuvāko gadu laikā. 1961. gadā pie varas nāca Dž. Kenedijs, kurš uzreiz sāka interesēties par aviācijas kodoltehnoloģijas sasniegumiem. Tā kā tie netika ievēroti un programmu izmaksas sasniedza pilnīgi neķītras vērtības, ANP un visu ar atomu darbināmo lidmašīnu liktenis izrādījās liels jautājums. Pusotras desmitgades laikā vairāk nekā miljards dolāru tika iztērēti dažādu testēšanas vienību izpētei, projektēšanai un būvniecībai. Tajā pašā laikā gatavas lidmašīnas uzbūve ar atomelektrostaciju joprojām bija tālās nākotnes jautājums. Protams, papildu naudas un laika izdevumi varētu atomu lidmašīnu praktiski izmantot. Tomēr Kenedija administrācija nolēma citādi. ANP programmas izmaksas nepārtraukti auga, bet rezultāta nebija. Turklāt ballistiskās raķetes ir pilnībā pierādījušas savu augsto potenciālu. 61. gada pirmajā pusē jaunais prezidents parakstīja dokumentu, saskaņā ar kuru vajadzēja pārtraukt visu darbu ar lidmašīnām, kas darbojas ar atomu. Ir vērts atzīmēt, ka neilgi pirms, 60. gadā, Pentagons pieņēma pretrunīgu lēmumu, saskaņā ar kuru tika pārtraukts viss darbs pie atvērtā tipa spēkstacijām, un viss finansējums tika piešķirts “slēgtām” sistēmām.
Neskatoties uz zināmiem panākumiem aviācijas atomelektrostaciju izveidē, ANP programma tika uzskatīta par neveiksmīgu. Kādu laiku vienlaikus ar ANP tika izstrādāti kodoldzinēji daudzsološām raķetēm. Tomēr šie projekti nedeva gaidīto rezultātu. Laika gaitā tie arī tika slēgti, un darbs lidmašīnu un raķešu atomelektrostaciju virzienā tika pilnībā pārtraukts. Laiku pa laikam dažādi privāti uzņēmumi pēc savas iniciatīvas mēģināja veikt šādu attīstību, taču neviens no šiem projektiem nesaņēma valdības atbalstu. Amerikāņu vadība, zaudējusi ticību ar atomu darbināmu lidmašīnu perspektīvām, sāka attīstīt atomelektrostacijas flotei un atomelektrostacijām.
