Geçen yüzyılın ellili yılları, nükleer teknolojinin hızla geliştiği bir dönemdi. Süper güçler nükleer cephaneliklerini inşa ettiler, yol boyunca nükleer santraller, buz kırıcılar, denizaltılar ve nükleer santrallerle savaş gemileri inşa ettiler. Yeni teknolojiler büyük vaatlerde bulundu. Örneğin, nükleer denizaltının batık konumda seyir menzili üzerinde herhangi bir kısıtlaması yoktu ve santralin “yakıt ikmali” birkaç yılda bir yapılabilirdi. Tabii ki, nükleer reaktörlerin dezavantajları da vardı, ancak doğal avantajları, tüm güvenlik maliyetlerini dengelemekten daha fazla. Zamanla, nükleer güç sistemlerinin yüksek potansiyeli, yalnızca donanma komutasını değil, aynı zamanda askeri havacılığı da ilgilendirdi. Gemide reaktör bulunan bir uçak, benzinli veya gazyağı muadillerinden çok daha iyi uçuş özelliklerine sahip olabilir. Her şeyden önce, ordu, böyle bir bombardıman uçağı, nakliye uçağı veya denizaltı karşıtı uçağın teorik uçuş menzilinden etkilendi.
1940'ların sonlarında, Almanya ve Japonya ile savaşta olan eski müttefikler - ABD ve SSCB - aniden sert düşmanlar haline geldi. Her iki ülkenin ortak konumunun coğrafi özellikleri, kıtalararası menzile sahip stratejik bombardıman uçaklarının yaratılmasını gerektiriyordu. Eski teknoloji, yeni uçakların yaratılmasını, roket teknolojisinin geliştirilmesini vb. gerektiren atom mühimmatının başka bir kıtaya teslim edilmesini sağlayamadı. Zaten kırklı yıllarda, bir uçağa nükleer reaktör kurma fikri Amerikalı mühendislerin kafasında olgunlaşmıştı. O zamanın hesaplamaları, bir B-29 bombardıman uçağı ile ağırlık, boyut ve uçuş parametreleri bakımından karşılaştırılabilir bir uçağın, nükleer yakıtla yakıt ikmali yaparken havada en az beş bin saat harcayabileceğini gösterdi. Başka bir deyişle, o zamanın kusurlu teknolojileri ile bile, sadece bir yakıt ikmali ile gemideki bir nükleer reaktör, tüm hizmet ömrü boyunca bir uçağa enerji sağlayabilir.
O zamanın varsayımsal atomoletlerinin ikinci avantajı, reaktörün ulaştığı sıcaklıklardı. Bir nükleer santralin doğru tasarımı ile, çalışma maddesini bir reaktör yardımıyla ısıtarak mevcut turbojet motorlarını geliştirmek mümkün olacaktır. Böylece, motorun jet gazlarının enerjisini ve sıcaklıklarını arttırmak mümkün oldu, bu da böyle bir motorun itişinde önemli bir artışa yol açacak. Tüm teorik değerlendirmeler ve hesaplamalar sonucunda, bazı kafalarda nükleer motorlu uçaklar, atom bombası için evrensel ve yenilmez bir dağıtım aracına dönüştü. Bununla birlikte, daha fazla pratik çalışma, bu tür "hayalperestlerin" tutkusunu soğutdu.
NEPA programı
1946'da, yeni kurulan ABD Savunma Bakanlığı, NEPA (Uçağın İtişi için Nükleer Enerji) projesini açtı. Bu programın amacı, uçaklar için gelişmiş nükleer santrallerin tüm yönlerini incelemekti. Fairchild, NEPA programının baş yüklenicisi olarak atandı. Nükleer santrallerle donatılmış stratejik bombardıman uçakları ve yüksek hızlı keşif uçaklarının beklentilerini incelemesi ve ikincisinin görünümünü şekillendirmesi talimatı verildi. Fairchild çalışanları, en acil konu olan program üzerinde çalışmaya başlamaya karar verdiler: pilotların ve bakım personelinin güvenliği. Bunun için, uçan laboratuvar olarak kullanılan bombacının kargo bölmesine birkaç gram radyum içeren bir kapsül yerleştirildi. Normal mürettebatın bir parçası yerine, şirketin Geiger sayaçlarıyla "silahlı" çalışanları deneysel uçuşlarda yer aldı. Kargo bölmesindeki nispeten az miktarda radyoaktif metale rağmen, arka plan radyasyonu, uçağın tüm yaşanabilir hacimlerinde izin verilen seviyeyi aştı. Bu çalışmaların bir sonucu olarak, Fairchild çalışanları hesaplamalara başlamak ve uygun güvenliği sağlamak için reaktörün hangi korumaya ihtiyacı olduğunu bulmak zorunda kaldı. Zaten ön hesaplamalar, B-29 uçağının böyle bir kütleyi taşıyamayacağını ve mevcut kargo bölmesinin hacminin, bomba raflarını sökmeden reaktörün yerleştirilmesine izin vermeyeceğini açıkça göstermiştir. Başka bir deyişle, B-29 durumunda, uzun bir uçuş menzili (ve o zaman bile çok uzak bir gelecekte) ile en azından bir tür yük arasında seçim yapmak zorunda kalacaktı.
Bir uçak reaktörünün ön tasarımının oluşturulmasıyla ilgili daha fazla çalışma, yeni ve yeni sorunlarla karşılaştı. Kabul edilemez ağırlık ve boyut parametrelerinin ardından, reaktörün uçuşta kontrolü, mürettebatın ve yapının etkin bir şekilde korunması, reaktörden pervanelere güç aktarımı vb. ile ilgili zorluklar ortaya çıktı. Son olarak, yeterince ciddi koruma ile bile, reaktörden gelen radyasyonun, elektronik ekipman ve mürettebattan bahsetmeden, uçağın güç setini ve hatta motorların yağlanmasını olumsuz yönde etkileyebileceği ortaya çıktı. Ön çalışmanın sonuçlarına göre, 1948 yılına kadar NEPA programı, harcanan on milyon dolara rağmen çok şüpheli sonuçlar verdi. 48 yazında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde uçaklar için nükleer santral beklentileri konusunda kapalı bir konferans düzenlendi. Bir dizi tartışma ve istişareden sonra, etkinliğe katılan mühendisler ve bilim adamları, prensipte bir atom uçağı yaratmanın mümkün olduğu sonucuna vardılar, ancak ilk uçuşları sadece altmışlı yılların ortalarına ve hatta daha sonrasına atfedildi. tarih.
MIT'deki konferansta, gelişmiş nükleer motorlar için açık ve kapalı olmak üzere iki konseptin oluşturulduğu açıklandı. "Açık" nükleer jet motoru, gelen havanın sıcak bir nükleer reaktör kullanılarak ısıtıldığı bir tür geleneksel turbojet motoruydu. Sıcak hava, türbini aynı anda döndürerek memeden dışarı atıldı. İkincisi, kompresör çarklarını harekete geçirir. Böyle bir sistemin dezavantajları hemen tartışıldı. Reaktörün ısıtma parçalarıyla hava teması ihtiyacı nedeniyle, tüm sistemin nükleer güvenliği özel sorunlara neden oldu. Ek olarak, uçağın kabul edilebilir bir düzeni için, böyle bir motorun reaktörünün çok, çok küçük olması gerekiyordu, bu da gücünü ve koruma seviyesini etkiledi.
Kapalı tip bir nükleer jet motoru, motorun içindeki havanın reaktörün kendisiyle temas ettiğinde, ancak özel bir ısı eşanjöründe ısınması farkıyla benzer şekilde çalışmak zorundaydı. Doğrudan reaktörden, bu durumda, belirli bir soğutucunun ısıtılması önerildi ve motorun içindeki birincil devrenin radyatörleriyle temas ettiğinde havanın sıcaklık kazanması gerekiyordu. Türbin ve kompresör yerinde kaldı ve turbojetlerde veya açık tip nükleer motorlarda olduğu gibi tamamen aynı şekilde çalıştı. Kapalı devre motor, reaktörün boyutları üzerinde herhangi bir özel kısıtlama getirmedi ve çevreye emisyonları önemli ölçüde azaltmayı mümkün kıldı. Öte yandan, reaktörün enerjisini havaya aktarmak için bir soğutucu seçimi özel bir sorundu. Çeşitli soğutucu-sıvılar uygun verimi sağlayamadı ve metal olanlar motoru çalıştırmadan önce ön ısıtma gerektiriyordu.
Konferans sırasında, mürettebat koruma seviyesini artırmak için birkaç orijinal yöntem önerildi. Her şeyden önce, mürettebatı reaktörün radyasyonundan bağımsız olarak koruyacak uygun bir tasarıma sahip yük taşıma elemanlarının oluşturulmasıyla ilgiliydiler. Daha az iyimser bilim adamları, pilotları veya en azından üreme işlevlerini riske atmamayı önerdiler. Bu nedenle, mümkün olan en yüksek düzeyde koruma sağlamak ve mürettebatı yaşlı pilotlardan almak için bir teklif vardı. Son olarak, umut verici bir atom uçağının uzaktan kumanda sistemi ile donatılmasıyla ilgili fikirler ortaya çıktı, böylece uçuş sırasında insanlar sağlıklarını hiç riske atmayacaklardı. Son seçeneğin tartışılması sırasında, mürettebatı yeterli uzunlukta bir kablo üzerinde atomla çalışan uçağın arkasına çekilmesi gereken küçük bir planöre yerleştirme fikri ortaya çıktı.
ANP programı
Bir tür beyin fırtınası oturumu olarak hizmet veren MIT'deki konferans, atomla çalışan uçakların yaratılması için programın sonraki seyri üzerinde olumlu bir etkiye sahipti. 1949'un ortalarında, ABD ordusu ANP (Uçak Nükleer Tahrik) adlı yeni bir program başlattı. Bu kez, çalışma planı, gemide bir nükleer santral bulunan tam teşekküllü bir uçağın oluşturulmasına yönelik hazırlıkları içeriyordu. Diğer öncelikler nedeniyle programa dahil olan işletmelerin listesi değiştirilmiştir. Böylece, Lockheed ve Convair gelecek vaat eden bir uçağın gövdesinin geliştiricileri olarak işe alındılar ve General Electric ve Pratt & Whitney, Fairchild'in nükleer jet motoru üzerindeki çalışmalarını sürdürmekle görevlendirildi.
ANP programının ilk aşamalarında, müşteri daha güvenli bir kapalı motora odaklandı, ancak General Electric askeri ve hükümet yetkililerine "sosyal yardım" yaptı. General Electric çalışanları basitlik ve bunun sonucunda açık bir motorun ucuzluğu için baskı yaptı. Sorumluları ikna etmeyi başardılar ve sonuç olarak, ANP programının sürüş yönü iki bağımsız projeye bölündü: General Electric tarafından geliştirilen "açık" bir motor ve Pratt & Whitney'den bir kapalı devre motoru. Kısa süre sonra General Electric projelerini hayata geçirebildi ve proje için özel öncelik ve bunun sonucunda ek finansman sağladı.
ANP programı kapsamında, halihazırda var olan nükleer motor seçeneklerine bir yenisi daha eklendi. Bu sefer yapısında nükleer santrale benzeyen bir motor yapılması önerildi: reaktör suyu ısıtır ve ortaya çıkan buhar türbini çalıştırır. İkincisi gücü pervaneye aktarır. Diğerlerine kıyasla daha düşük verimliliğe sahip olan böyle bir sistem, en hızlı üretim için en basit ve en uygun olduğu ortaya çıktı. Bununla birlikte, santralin atomla çalışan uçaklar için bu versiyonu ana sürüm olmadı. Bazı karşılaştırmalardan sonra, müşteri ve ANP yüklenicileri, buhar türbinini bir yedek olarak bırakarak "açık" ve "kapalı" motorlar geliştirmeye devam etmeye karar verdiler.
İlk örnekler
1951-52'de, ANP programı ilk prototip uçağı inşa etme olasılığına yaklaştı. O sırada geliştirilmekte olan Convair YB-60 bombardıman uçağı, B-36'nın süpürülmüş kanat ve turbojet motorlarla derin bir modernizasyonu olan bunun için temel alındı. P-1 santrali, YB-60 için özel olarak tasarlandı. İçinde bir reaktör bulunan silindirik bir üniteye dayanıyordu. Nükleer tesis, yaklaşık 50 megawatt'lık bir termal güç sağladı. Dört GE XJ53 turbojet motoru, bir boru sistemi aracılığıyla reaktöre bağlandı. Motor kompresöründen sonra, hava reaktör çekirdeğini geçen borulardan geçti ve orada ısınarak memeden dışarı atıldı. Hesaplamalar, reaktörü soğutmak için havanın tek başına yeterli olmayacağını gösterdi, bu nedenle sisteme bor suyu çözeltisi için tanklar ve borular dahil edildi. Reaktöre bağlı tüm santral sistemlerinin, bombardıman uçağının arka kargo bölmesine, yaşanabilir hacimlerden mümkün olduğunca uzağa monte edilmesi planlandı.
YB-60 prototipi
Yerli turbojet motorlarının YB-60 uçağında bırakılmasının da planlandığını belirtmekte fayda var. Gerçek şu ki, açık devre nükleer motorlar çevreyi kirletiyor ve hiç kimse bunun havaalanlarının veya yerleşim yerlerinin yakın çevresinde yapılmasına izin vermez. Ek olarak, nükleer santral teknik özellikler nedeniyle zayıf gaz tepkisine sahipti. Bu nedenle, kullanımı sadece seyir hızında uzun uçuşlar için uygun ve kabul edilebilirdi.
Başka bir önlem, ancak farklı nitelikte, iki ek uçan laboratuvarın oluşturulmasıydı. Bunlardan ilki, NB-36H olarak adlandırıldı ve özel adı Crusader ("Crusader"), mürettebatın güvenliğini kontrol etmeyi amaçlıyordu. B-36 serisinde, kalın çelik plakalardan, kurşun panellerden ve 20 cm camdan monte edilmiş on iki tonluk bir kokpit tertibatı kuruldu. Ek koruma için kabinin arkasında borlu bir su deposu vardı. Crusader'ın kuyruk bölümünde, kokpitten YB-60 ile aynı mesafede, yaklaşık bir megavat kapasiteli deneysel bir ASTR reaktörü (Uçak Kalkanı Test Reaktörü) kuruldu. Reaktör, çekirdeğin ısısını gövdenin dış yüzeyindeki ısı eşanjörlerine aktaran suyla soğutuldu. ASTR reaktörü herhangi bir pratik görev gerçekleştirmedi ve yalnızca deneysel bir radyasyon kaynağı olarak çalıştı.
NB-36H (X-6)
NB-36H laboratuvarının test uçuşları şöyle görünüyordu: pilotlar sönümlü reaktörlü bir uçağı havaya kaldırdı, tüm deneylerin yapıldığı en yakın çölün üzerindeki test alanına uçtu. Deneylerin sonunda reaktör kapatıldı ve uçak üsse döndü. Crusader ile birlikte, enstrümantasyonlu başka bir B-36 bombardıman uçağı ve Deniz paraşütçüleri ile nakliye Carswell havaalanından havalandı. Bir prototip uçağın düşmesi durumunda, denizciler enkazın yanına inecek, bölgeyi kordon altına alacak ve kazanın sonuçlarını ortadan kaldırmak için görev alacaktı. Neyse ki, çalışan bir reaktöre sahip 47 uçuşun tümü, zorunlu bir kurtarma inişi olmadan gerçekleşti. Test uçuşları, nükleer güçle çalışan bir uçağın, tabii ki düzgün çalışması ve herhangi bir olay olmaması durumunda çevreye ciddi bir tehdit oluşturmadığını göstermiştir.
X-6 olarak adlandırılan ikinci uçuş laboratuvarı da B-36 bombardıman uçağından dönüştürülecekti. Bu uçağa "Crusader" ünitesine benzer bir kokpit kuracaklar ve gövdenin ortasına bir nükleer santral monte edeceklerdi. İkincisi, P-1 ünitesi temelinde tasarlandı ve J47 turbojetleri temelinde oluşturulan yeni GE XJ39 motorlarıyla donatıldı. Dört motorun her biri 3100 kgf itiş gücüne sahipti. İlginç bir şekilde, nükleer santral, uçuştan hemen önce bir uçağa monte edilmek üzere tasarlanmış bir monobloktu. İnişten sonra, X-6'nın özel donanımlı bir hangara sürülmesi, reaktörün motorlarla çıkarılması ve özel bir depolama tesisine yerleştirilmesi planlandı. Çalışmanın bu aşamasında özel bir temizleme ünitesi de oluşturuldu. Gerçek şu ki, jet motorlarının kompresörlerinin kapatılmasından sonra, reaktörün yeterli verimlilikle soğutulması durduruldu ve reaktörün güvenli bir şekilde kapatılmasını sağlamak için ek bir araç gerekliydi.
uçuş öncesi kontrol
Tam teşekküllü bir nükleer santrale sahip uçak uçuşlarına başlamadan önce, Amerikalı mühendisler yerdeki laboratuvarlarda uygun araştırmalar yapmaya karar verdiler. 1955 yılında deneysel bir kurulum olan HTRE-1 (Isı Transfer Reaktör Deneyleri) monte edildi. Elli tonluk birim, bir demiryolu platformu temelinde toplandı. Böylece deneylere başlamadan önce insanlardan uzaklaştırılabilir. HTRE-1 ünitesi, berilyum ve cıva kullanan korumalı bir kompakt uranyum reaktörü kullandı. Ayrıca platforma iki adet JX39 motoru yerleştirildi. Gazyağı kullanmaya başladılar, ardından motorlar çalışma hızına ulaştı, ardından kontrol panelinden gelen komutla kompresörden gelen hava reaktörün çalışma alanına yönlendirildi. HTRE-1 ile yapılan tipik bir deney, bir bombardıman uçağının uzun uçuşunu simüle ederek birkaç saat sürdü. 56'nın ortalarında, deney ünitesi 20 megawatt'ın üzerinde bir termal kapasiteye ulaştı.
HTRE-1
Ardından HTRE-1 ünitesi güncellenen projeye uygun olarak yeniden tasarlandı ve ardından HTRE-2 adını aldı. Yeni reaktör ve yeni teknik çözümler 14 MW'lık bir güç sağladı. Ancak, deneysel santralin ikinci versiyonu, uçaklara kurulum için çok büyüktü. Bu nedenle 1957'de HTRE-3 sisteminin tasarımı başladı. İki turbojet motoruyla çalışmak üzere uyarlanmış, derinlemesine modernize edilmiş bir P-1 sistemiydi. Kompakt ve hafif HTRE-3 sistemi, 35 megawatt termal güç sağladı. 1958 baharında, tüm hesaplamaları ve en önemlisi böyle bir santral için beklentileri tam olarak doğrulayan zemin test kompleksinin üçüncü versiyonunun testleri başladı.
Zor kapalı devre
General Electric açık devre motorlara öncelik verirken, Pratt & Whitney kapalı bir nükleer santralin kendi versiyonunu geliştirmek için zaman kaybetmedi. Pratt & Whitney'de hemen bu tür sistemlerin iki çeşidini araştırmaya başladılar. Birincisi, tesisin en belirgin yapısını ve çalışmasını ima etti: soğutucu, çekirdekte dolaşır ve ısıyı jet motorunun ilgili kısmına aktarır. İkinci durumda, nükleer yakıtın öğütülmesi ve doğrudan soğutucuya yerleştirilmesi önerildi. Böyle bir sistemde, yakıt tüm soğutucu devresi boyunca dolaşacaktır, ancak nükleer fisyon sadece çekirdekte meydana gelecektir. Bunu, reaktörün ve boru hatlarının ana hacminin doğru şekli yardımıyla başarması gerekiyordu. Araştırma sonucunda, soğutucuyu yakıtla dolaştırmak için böyle bir boru hattı sisteminin en etkili şekillerini ve boyutlarını belirlemek mümkün oldu, bu da reaktörün verimli çalışmasını sağladı ve radyasyondan iyi bir koruma seviyesi sağlamaya yardımcı oldu..
Aynı zamanda, dolaşımdaki yakıt sisteminin çok karmaşık olduğu ortaya çıktı. Daha fazla gelişme, esas olarak, bir metal soğutucu ile yıkanan "sabit" yakıt elemanlarının yolunu izledi. İkincisi, çeşitli malzemeler olarak kabul edildi, ancak boru hatlarının korozyon direncindeki zorluklar ve sıvı metal sirkülasyonunun sağlanması, metal soğutucu üzerinde durmamıza izin vermedi. Sonuç olarak, reaktörün aşırı derecede ısıtılmış su kullanacak şekilde tasarlanması gerekiyordu. Hesaplamalara göre, reaktörde suyun yaklaşık 810-820° sıcaklığa ulaşmış olması gerekirdi. Sıvı halde tutmak için sistemde yaklaşık 350 kg/cm2 basınç oluşturmak gerekiyordu. Sistemin çok karmaşık olduğu, ancak metal soğutuculu bir reaktörden çok daha basit ve daha uygun olduğu ortaya çıktı. 1960 yılına gelindiğinde, Pratt & Whitney uçaklar için nükleer santralleri üzerindeki çalışmaları tamamlamıştı. Bitmiş sistemi test etmek için hazırlıklar başladı, ancak sonunda bu testler gerçekleşmedi.
üzücü son
NEPA ve ANP programları, düzinelerce yeni teknolojinin yanı sıra bir dizi ilginç teknik bilginin yaratılmasına yardımcı oldu. Bununla birlikte, asıl hedefleri - bir atom uçağının yaratılması - 1960'da bile önümüzdeki birkaç yıl içinde gerçekleştirilemedi. 1961'de, havacılık için nükleer teknolojideki gelişmelerle hemen ilgilenmeye başlayan J. Kennedy iktidara geldi. Bunlara uyulmadığı ve programların maliyetleri tamamen müstehcen değerlere ulaştığı için ANP'nin ve tüm atomla çalışan uçakların akıbeti büyük bir soru haline geldi. On beş yıldan fazla bir süredir çeşitli test ünitelerinin araştırılması, tasarımı ve inşası için bir milyar dolardan fazla harcandı. Aynı zamanda, nükleer santralli bitmiş bir uçağın inşası hala uzak bir gelecek meselesiydi. Elbette, ek para ve zaman harcamaları, atom uçağını pratik kullanıma getirebilir. Ancak Kennedy yönetimi farklı karar verdi. ANP programının maliyeti sürekli büyüyordu, ancak sonuç alınamadı. Ek olarak, balistik füzeler yüksek potansiyellerini tamamen kanıtlamıştır. 61'in ilk yarısında, yeni başkan, atomla çalışan uçaklardaki tüm çalışmaların durdurulması gerektiğine dair bir belge imzaladı. Kısa bir süre önce, 60. yılda Pentagon'un açık tip santrallerdeki tüm çalışmaların durdurulduğu ve tüm fonların “kapalı” sistemlere tahsis edildiği tartışmalı bir karar verdiğini belirtmekte fayda var.
Havacılık için nükleer santraller oluşturma alanındaki bazı başarılara rağmen, ANP programı başarısız olarak kabul edildi. Bir süredir, ANP ile eşzamanlı olarak, gelecek vaat eden füzeler için nükleer motorlar geliştirildi. Ancak bu projeler beklenen sonucu vermedi. Zamanla, onlar da kapatıldı ve uçaklar ve füzeler için nükleer santraller yönünde çalışmalar tamamen durduruldu. Zaman zaman çeşitli özel şirketler bu tür gelişmeleri kendi inisiyatifleriyle yürütmeye çalıştı, ancak bu projelerin hiçbiri devlet desteği almadı. Atomla çalışan uçakların umutlarına olan inancını kaybeden Amerikan liderliği, filo ve nükleer santraller için nükleer santraller geliştirmeye başladı.
